›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (10): 3163-3170.

• 数值分析 • 上一篇    下一篇

泥岩渗流-应力耦合蠕变损伤模型研究(Ⅱ): 数值仿真和参数反演

贾善坡1, 2, 3,陈卫忠2, 3,于洪丹3,李香玲4   

  1. 1.长江大学 城市建设学院,湖北 荆州 434023;2.山东大学 岩土与结构工程研究中心,济南 250061; 3.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;4.Euridice, SCK•CEN,国家核能研究中心,比利时 摩尔 2400
  • 收稿日期:2010-01-28 出版日期:2011-10-10 发布日期:2011-10-13
  • 作者简介:贾善坡,男,1980年生,博士后,副教授,主要从事地下工程及油气工程力学方面的研究工作
  • 基金资助:

    国家自然科学基金重大国际合作项目资助(No. 50720135906);国家自然科学基金面上项目资助(No. 40772184);863项目资助 (No. 2007AA11Z108);中国博士后基金项目资助(No. 20100471516);湖北省教育厅科研项目资助(No. Q20101301);长江大学科研发展基金项目资助(No. 801170010110)。

Study of the hydro-mechanical-damage coupled creep constitutive model of mudstone, Part Ⅱ: Numerical algorithm and parameter inversion

JIA Shan-po1, 2, 3, CHEN Wei-zhong2, 3, YU Hong-dan3, LI Xiang-ling4   

  1. 1. School of Urban Construction, Yangtze University, Jingzhou, Hubei 434023, China; 2. Research Center of Geotechnical and Structural Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China; 3. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China; 4. Euridice, SCK•CEN, Belgian Nuclear Research Centre, Mol 2400, Belgium
  • Received:2010-01-28 Online:2011-10-10 Published:2011-10-13

摘要: 进一步分析了第Ⅰ部分[1]提出的泥岩渗流-应力耦合蠕变损伤模型。在连续损伤力学理论和比奥(Biot)理论的基础上,导出了考虑渗流-应力-损伤耦合的蠕变损伤有限元格式,建立了弹性预测、塑性修正、损伤修正-渗透系数修正的数值分析框架,编制了非线性有限元分析程序。根据监测的衬砌长期变形数据,采用优化反分析法获得了蠕变损伤模型中的待定参数,并应用于比利时核废料库施工过程中泥岩巷道围岩渗流-应力耦合过程、损伤演化以及长期稳定性分析,研究结果表明,泥岩开挖后渗透性明显增大,约为原岩的120倍,蠕变效应导致泥岩裂隙和渗透性自愈合,约3.5年后渗透性基本恢复到原岩的数量级,围岩中部的蠕变明显大于顶部和底部。研究成果对软岩隧洞长期稳定性的预测与预报具有一定的参考意义

关键词: 泥岩, 本构模型, 损伤力学, 渗流-应力耦合, 有限元, 反演

Abstract: Further analysis is performed on hydro-mechanical-damage coupled creep constitutive model of mudstone proposed by authors in part one. Based on the continuum damage mechanics and Biot theory, the finite element equations of creep damage model are derived by considering the hydro-mechanical-damage coupling. The four-step numerical framework, i.e., elastic predictor-plastic corrector-damage corrector-permeability corrector, is provided. A nonlinear finite element analysis program is developed by the above algorithm. Based on the in-situ monitoring results of lining deformation for about 20 years, the unknown parameters of mudstone are acquired by the method of displacement back analysis. Considering the actual case of the construction of the Test Drift of radioactive waste disposal in the deep Boom mudstone formation in Belgium, the hydro-mechanical coupling process, the evolution of damage and the long term stability of the surrounding rock are studied by the proposed models. The results show that the permeability of excavation damaged zone is 120 times than that of the original mudstone after excavation. Because of the self-healing of fractures, the permeability of excavation damaged zone changes obviously and tends to self-heal with time because of the stress-water action. About 3.5 years later, the permeability of the surrounding rock is near original mudstone. The creep damage increases rapidly in the early stage and tends to stabilize gradually with time. Damage of middle part is larger than that of bottom and top part of the surrounding rock. The study can be used for predicting the long-term stability of tunnel engineering.

Key words: mudstone, constitutive model, damage mechanics, hydro-mechanical coupling, finite elements, inversion

中图分类号: 

  • TU 452
[1] 金青, 王艺霖, 崔新壮, 王成军 , 张珂, 刘正银, . 拉拔作用下土工合成材料在风化料-废弃轮胎 橡胶颗粒轻质土中的变形行为研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 408-418.
[2] 邓子千, 陈嘉帅, 王建伟, 刘小文, . 基于SFG模型的统一屈服面本构模型与试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 527-534.
[3] 李潇旋, 李涛, 彭丽云, . 控制吸力循环荷载下非饱和黏性土 的弹塑性双面模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 552-560.
[4] 程昊, 唐辉明, 吴琼, 雷国平. 一种考虑水力滞回效应的非饱和土弹塑性扩展 剑桥本构模型显式算法有限元实现[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 676-686.
[5] 孙锐, 杨峰, 阳军生, 赵乙丁, 郑响凑, 罗静静, 姚捷, . 基于二阶锥规划与高阶单元的 自适应上限有限元研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 687-694.
[6] 何鹏飞, 马巍, 穆彦虎, 黄永庭, 董建华, . 黄土−砂浆块界面剪切特性试验及本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 82-90.
[7] 叶观宝, 郑文强, 张 振, . 大面积填土场地中摩擦型桩负摩阻力分布特性研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 440-448.
[8] 赵密, 欧阳文龙, 黄景琦, 杜修力, 赵旭, . P波作用下跨断层隧道轴线地震响应分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3645-3655.
[9] 阮永芬, 高春钦, 刘克文, 贾荣谷, 丁海涛, . 基于粒子群算法优化小波支持向量机的 岩土力学参数反演[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3662-3669.
[10] 张超, 杨期君, 曹文贵. 考虑峰值后区应力跌落速率的 脆岩损伤本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3099-3106.
[11] 刘斯宏, 沈超敏, 毛航宇, 孙 屹. 堆石料状态相关弹塑性本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 2891-2898.
[12] 张凌凯, 王睿, 张建民, 唐新军, . 考虑颗粒破碎效应的堆石料静动力本构模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2547-2554.
[13] 张海廷, 杨林青, 郭芳, . 基于SBFEM的层状地基埋置管道动力 响应求解与分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2713-2722.
[14] 曹洪, 胡瑶, 骆冠勇. 滤管两端均不在含水层层面的承压不 完整井近似计算方法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2774-2780.
[15] 汪俊敏, 熊勇林, 杨骐莱, 桑琴扬, 黄强. 不饱和土动弹塑性本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2323-2331.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 王川婴,胡培良,孙卫春. 基于钻孔摄像技术的岩体完整性评价方法[J]. , 2010, 31(4): 1326 -1330 .
[2] 李华明,蒋关鲁,刘先峰. CFG桩加固饱和粉土地基的动力特性试验研究[J]. , 2010, 31(5): 1550 -1554 .
[3] 谈云志,孔令伟,郭爱国,万 智. 压实红黏土水分传输的毛细效应与数值模拟[J]. , 2010, 31(7): 2289 -2294 .
[4] 王云岗,熊 凯,凌道盛. 基于平动加转动运动场的边坡稳定上限分析[J]. , 2010, 31(8): 2619 -2624 .
[5] 龙 照,赵明华,张恩祥,刘峻龙. 锚杆临界锚固长度简化计算方法[J]. , 2010, 31(9): 2991 -2994 .
[6] 史旦达,周 健,贾敏才,杨永香. 考虑蠕变性状的港区软土地基参数反演和长期沉降预测[J]. , 2009, 30(3): 746 -750 .
[7] 邓宗伟,冷伍明,李志勇,岳志平. 喷混凝土边坡温度场与应力场耦合的有限元时效分析[J]. , 2009, 30(4): 1153 -1158 .
[8] 李 健 ,谭忠盛 ,喻 渝 ,倪鲁肃. 下穿高速公路浅埋大跨度黄土隧道施工措施研究[J]. , 2011, 32(9): 2803 -2809 .
[9] 刘振平,贺怀建,白世伟,张 华,邹 丹,李火兵. 软基中500 kV输电桩板塔基现场试验与数值模拟[J]. , 2012, 33(4): 1031 -1039 .
[10] 田堪良 ,张慧莉 ,马 俊 . 基于强度条件的黄土结构性静力试验研究[J]. , 2012, 33(7): 1993 -1999 .