›› 2007, Vol. 28 ›› Issue (11): 2271-2278.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

高地应力下硬岩的本构模型研究

陈景涛1, 2,冯夏庭1   

  1. 1.中国科学院武汉岩土力学研究所,武汉 430071;2.武汉理工大学 理学院,武汉 430070
  • 收稿日期:2006-10-13 出版日期:2007-11-10 发布日期:2013-10-18
  • 作者简介:陈景涛,男,1976年生,博士研究生,讲师,主要从事岩土工程、结构工程方面的教学与研究工作
  • 基金资助:

    国家杰出青年基金资助项目(No. 50325414);国家自然科学基金委员会、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究基金重点项目(No. 50539090)

Study on constitutive model for hard rock under high geostresses

CHEN Jing-tao1, 2, FENG Xia-ting1   

  1. 1. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China; 2. School of Science, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China
  • Received:2006-10-13 Online:2007-11-10 Published:2013-10-18

摘要: 传统的本构模型在模拟高地应力下硬岩破坏的范围和深度方面并不理想。针对高应力下的拉西瓦花岗岩,通过真三轴压缩试验模拟了开挖时应力路径的演化。在摩尔-库仑强度准则、格里菲斯强度准则、德鲁克-普拉格准则、双剪统一强度理论和霍克-布朗强度准则的基础上,考虑十二面单元体主剪面上主剪应力、正应力和静水压力的共同作用,提出了一个有关高应力下硬岩的三剪强度准则。根据试验结果,利用遗传算法全局寻优的功能,搜索出了三剪强度准则的参数。预测样本和与摩尔-库仑强度准则、德鲁克-普拉格准则、双剪统一强度理论的比较表明,该三剪强度准则与试验结果吻合,适用于高地应力下的硬岩。根据试验得到的应力-应变关系曲线,建立了基于三剪强度准则和应变软化的弹-脆-塑性本构模型,并用FLAC3D提供的基于C++的用户自定义模型工具UDM,创建了用户自定义模型的动态链接库,嵌入了FLAC3D软件。采用遗传算法-FLAC方法,搜索得到了基于岩石试样和岩体的本构模型参数。计算结果与实测情况吻合,表明建立的本构模型适用于高地应力下的硬岩,为高地应力下硬岩地下工程的安全性和稳定性分析奠定了基础。

关键词: 三剪强度准则, 弹-脆-塑性本构模型, 遗传算法, 高应力, 硬岩

Abstract: Conventional constitutive model is not good at simulating the failure range and depth for hard rock under high geostress. The complicated evolvement of stress load, which produced by excavating underground engineering under high geostress in Laxiwa, is simulated through true triaxial experiment.Based on analysis of Mohr-Coulomb strength criterion, Griffith strength criterion, Drucker-Prager strength criterion, twin shear theory and Hoek-Brown strength criterion, a new three shear strength criterion is proposed for hard rock. The effect of three principal shear stress and three normal stress acting on the dodecahedral element and average principal stress are taken into account in the establishment of strength criterion. Based on the experimental result about Laxiwa new granite, the parameters of three shear strength criterion are searched using the global optimum features of genetic algorithm. The results of predicting samples and comparing with Mohr-Coulomb strength criterion, Drucker-Prager strength criterion, twin shear theory show that three shear strength criterion agrees with the experiment and is the same with hard rock. Based on the stress-strain relation curve obtained by experiment, three shear strength criterion and strain softening law, the elastic-brittle-plastic constitutive model is established, which is implanted in FLAC3D through UDM. The parameters of elastic-brittle-plastic constitutive model are searched using genetic algorithm- FLAC method. Calculating results agree with the fact and show that the elastic-brittle- plastic constitutive model can be used in the safety and stability analysis of hard rock underground engineering under high geostresses.

Key words: three shear strength criterion, elastic-brittle-plastic constitutive model, genetic algorithm, high stress, hard rock

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[1] 宫凤强, 伍武星, 李天斌, 司雪峰, . 深部硬岩矩形隧洞围岩板裂破坏的试验模拟研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2085-2098.
[2] 李建朋, 高岭, 母焕胜. 高应力卸荷条件下砂岩扩容特征及其剪胀角函数[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2119-2126.
[3] 赵振华, 张晓君, 李晓程, . 含卸压孔硬岩应力松弛特性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2192-2199.
[4] 马春辉, 杨杰, 程琳, 李婷, 李雅琦, . 基于量子遗传算法与多输出混合核相关向量机的堆石坝材料参数自适应反演研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2397-2406.
[5] 吴秋红, 赵伏军, 王世鸣, 周志华, 王 斌, 李 玉, . 动力扰动下全长黏结锚杆的力学响应特性[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 942-950.
[6] 董志宏, 丁秀丽, 黄书岭, 邬爱清, 陈胜宏, 周 钟, . 高地应力区大型洞室锚索时效受力特征 及长期承载风险分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(1): 351-362.
[7] 王朋飞,冯国瑞,赵景礼,Yoginder P. Chugh ,王志强,. 长壁工作面巷顶沿空掘巷围岩应力分析[J]. , 2018, 39(9): 3395-3405.
[8] 赵金帅,冯夏庭,王鹏飞,江 权,陈炳瑞,周扬一,裴书锋, . 爆破开挖诱发的地下交叉洞室微震特性及破裂机制分析[J]. , 2018, 39(7): 2563-2573.
[9] 温树杰,梁 超,宋亮亮,刘 刚,. 基于最小势能法的三维临界滑裂面搜索方法[J]. , 2018, 39(7): 2708-2714.
[10] 赵金帅,冯夏庭,江 权,陈炳瑞,肖亚勋,胡 磊,丰光亮,李鹏翔,. 分幅开挖方式下高应力硬岩地下洞室的微震特性及稳定性分析[J]. , 2018, 39(3): 1020-1026.
[11] 司雪峰, 宫凤强,罗 勇,李夕兵, . 深部三维圆形洞室岩爆过程的模拟试验[J]. , 2018, 39(2): 621-634.
[12] 张 强,李小春,胡少斌,牛智勇,汪 芳,范 坤,邵光强,. 高应力下花岗岩耦合节理在剪切过程中渗透率演化特性[J]. , 2018, 39(10): 3641-3650.
[13] 钟 山,江 权,冯夏庭,刘继光,李邵军,邱士利,吴世勇,. 锦屏深部地下实验室初始地应力测量实践[J]. , 2018, 39(1): 356-366.
[14] 张晓君,刘国磊,. 硬岩层爆超声波平测法试验研究[J]. , 2017, 38(S2): 203-209.
[15] 孟庆彬,韩立军,张帆舸,张 建,聂军委,文圣勇,. 深部高应力软岩巷道耦合支护效应研究及应用[J]. , 2017, 38(5): 1424-1435.
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  Discussed   
[1] 米海珍,高 春. 生石灰膨胀特性的试验研究[J]. , 2010, 31(4): 1253 -1256 .
[2] 孙熙平,张宝华,张 强,王笑难. 重力式码头基床遭水流冲刷后的稳定性分析[J]. , 2010, 31(10): 3184 -3190 .
[3] 张卢明,郑明新,何 敏. 滑坡防治前后滑带土基质吸力特征研究[J]. , 2010, 31(10): 3305 -3312 .
[4] 肖 琳,杨成奎,胡增辉,李晓昭,李 茉. 地铁隧道围岩内温度分布规律的模型试验及其热导率反算研究[J]. , 2010, 31(S2): 86 -91 .
[5] 张春会,赵全胜. 基于ARCGIS的矿山开采沉陷灾害预警系统[J]. , 2009, 30(7): 2197 -2202 .
[6] 孙 建 ,王连国 ,唐芙蓉 ,沈义峰 ,龚世龙. 倾斜煤层底板破坏特征的微震监测[J]. , 2011, 32(5): 1589 -1595 .
[7] 崔 溦,宋慧芳,张社荣,闫澍旺. 爆炸荷载作用下土中爆坑形成的数值模拟[J]. , 2011, 32(8): 2523 -2528 .
[8] 乔春江 ,陈卫忠 ,王 辉 ,田洪铭 ,谭贤君. 浅埋破碎地层隧道施工方法研究[J]. , 2011, 32(S2): 455 -462 .
[9] 梁 维,李克钢,侯克鹏,杜 俊. 散体云母片岩粒度分形特征及其与抗剪强度参数的关系[J]. , 2012, 33(3): 767 -772 .
[10] 夏元友 ,裴尧尧 ,王 震 ,陈少炎 ,陈 晨 . 地下连续墙施工影响应力重分布的数值模拟[J]. , 2012, 33(11): 3433 -3438 .