应变软化岩体分析原理及其应用

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1、第35卷第3期岩土力学Vol.35No.32014年3月RockandSoilMechanicsMar.2014文章编号：1000－7598(2014)03－609－15应变软化岩体分析原理及其应用王水林，郑宏，刘泉声，郭明伟，葛修润（中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，武汉430071）摘要：应变软化是指应力-应变曲线中轴向应力随应变的增加而减小的现象，许多种类的岩土介质在工程扰动的作用下呈现应变软化的行为。在分析应变软化问题时，其应力-应变关系式中的切线刚度矩阵是非正定的，由此导致计

2、算求解的困难。将岩体应变软化过程简化为一系列脆塑性过程，于是应变软化问题的求解归结为一系列脆塑性过程的分析。基于经典弹塑性力学理论，提出了应变软化过程模拟方法及其相应的有限元求解过程，编制了计算程序，研究了应变软化本构模型中不同强度弱化速率对圆形洞室围岩塑形区分布的影响，进一步分析了应变软化模型对应的隧道径向变形沿洞轴方向的分布特征，并与已有监测数据得到的分布规律进行了对比。初步的研究结果表明，应变软化模型得到的计算结果是比较合理的。关键词：应变软化；脆塑性模型；圆形隧道；数值解；摩尔-库仑屈服准则中图分类号

3、：TU452文献标识码：APrincipleofanalysisofstrain-softeningrockmassanditsapplicationWANGShui-lin，ZHENGHong，LIUQuan-sheng，GUOMing-wei，GEXiu-run（StateKeyLaboratoryofGeomechanicsandGeotechnicalEngineering,InstituteofRockandSoilMechanics,ChineseAcademyofSciences,Wuhan43

4、0071,China）Abstract:Instress-straincurve,theprocessofdeclineofuniaxialstressatincreasingstrainisdefinedasstrain-softening.Manytypesofgeomaterialsbehaveinstrain-softeningwayinthecaseofdisturbanceofengineeringactivities.Whenthestress-strainrelationshipisdescr

5、ibedinmathematicalformulation,thematrixoftangentialelasticmoduliisnolongerpositive-definite.Therebydifficultiesariseinfindingthesolutiontostrain-softeningproblem.Strain-softeningprocessissimplifiedintoaseriesofbrittle-plasticbehavior;andsolvingbrittle-plast

6、icproblemcomesdowntoobtainingaseriesofbrittle-plasticsolutions.Onthebasisofclassicplasticitytheory,themethodforanalyzingstrain-softeningbehaviourisproposed;andthecorrespondingsolutionprocessisimplementedinfiniteelementcode.Furthermore,theinfluencesofdiffere

7、ntstrength-weakeningmodesonthedistributionofplasticzoneinthesurroundingrockmassofacirculartunnelarestudied.Thelongitudinaldeformationprofile(LDP)obtainedbystrain-softeningconstitutivemodelisalsoanalyzed;anditiscomparedwiththemeasurementsinatunnel.Theprelimi

8、narynumericalanalysesindicatethatthepresentedresultslookreasonable.Keywords:strain-softening;brittle-plasticmodel;circulartunnel;numericalsolution;Mohr-Coulombyieldcriterion针对岩土体软化与脆性破坏问题，从细观角度1引言[1]出发