巖土介質(zhì)流-固耦合非線性損傷力學(xué)理論與數(shù)值分析.pdf

1、巖土體是自然界中一種內(nèi)部富含各種缺陷(如微裂紋、孔隙等)的多相體，地下水在微裂紋、孔隙中的滲流作用影響巖土體中應(yīng)力場(chǎng)的分布，同時(shí)巖土體中應(yīng)力場(chǎng)的改變又使裂隙產(chǎn)生變形發(fā)展，影響裂隙的滲透性能，所以裂隙滲流場(chǎng)問題是一個(gè)多場(chǎng)(應(yīng)力場(chǎng)、變形場(chǎng)、損傷場(chǎng)、滲流場(chǎng)等)、多相介質(zhì)(流體、固體、顆粒體等)耦合的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)問題。因此，它是近年來工程理論研究的熱點(diǎn)問題，對(duì)它深入研究，不僅在理論上而且在工程應(yīng)用上都有重要意義。 如何引進(jìn)損傷力學(xué)理論的優(yōu)

2、勢(shì)，并對(duì)之進(jìn)行合理的改進(jìn)，同時(shí)考慮飽和水的影響，建立巖土體的滲流損傷本構(gòu)模型是本文一個(gè)重點(diǎn)研究和探討的問題。為此，本文在以下幾個(gè)方面做了一些力所能及的工作。 1、在前人研究工作的基礎(chǔ)上，發(fā)展了各向同性彈塑性損傷的有限變形耦合理論。首先基于構(gòu)形方法，對(duì)應(yīng)力張量與應(yīng)變張量、有效彈性能、塑性應(yīng)變?cè)隽康冗M(jìn)行了一些不同觀念的描述，然后對(duì)基于構(gòu)形的彈塑性損傷耦合模型進(jìn)行了討論，研究并發(fā)展了損傷材料的演化方程以及本構(gòu)方程等，提出了各向同性彈塑

3、性損傷有限變形耦合理論模型，即損傷有限變形運(yùn)動(dòng)學(xué)方程以及損傷本構(gòu)方程等。 2、在前人研究工作的基礎(chǔ)上，推廣并發(fā)展了各向同性雙標(biāo)量損傷變量理論。推導(dǎo)了各向同性雙標(biāo)量損傷彈性應(yīng)變能釋放率和損傷演化方程的表達(dá)式，并對(duì)各向同性雙標(biāo)量損傷變量模型的特征、可易性性質(zhì)等進(jìn)行了討論和分析，為本文研究內(nèi)容的創(chuàng)新點(diǎn)打下基礎(chǔ)。 3、從連續(xù)損傷力學(xué)的角度，對(duì)巖土體的滲流力學(xué)特性進(jìn)行了研究，提出了孔隙介質(zhì)完備的有效Darcy定律(模型)，并在此基

4、礎(chǔ)上發(fā)展了滲流微分方程的基本形式以及孔隙率和滲透系數(shù)演變的損傷巖土體滲透模型，并對(duì)常規(guī)滲透系數(shù)、有效滲透系數(shù)以及層狀介質(zhì)的有效滲透系數(shù)特性等進(jìn)行了比較和分析。 4、在各向同性雙標(biāo)量損傷變量模型以及改進(jìn)的孔隙介質(zhì)完備的滲流微分方程、達(dá)西定律等基礎(chǔ)上，修正Biot理論的基本方程，用Fortran90程序語言編制了巖土體流-固耦合的雙標(biāo)量損傷變量有限元程序EDAPD、單標(biāo)量損傷變量程序EPDAP-s以及有限變形損傷程序EDAPL。程序

5、中對(duì)破壞單元或高斯點(diǎn)的應(yīng)力進(jìn)行了遷移修正，保證了程序驗(yàn)算結(jié)果的合理性和正確性。 5、以一個(gè)軟土路基有限元簡(jiǎn)化模型為例，利用自主編制的單標(biāo)量損傷變量流一固耦合有限元程序EPDAP S、雙標(biāo)量損傷變量有限元程序EDAP-D以及有限變形損傷程序EDAPL，對(duì)計(jì)算模型的沉降、孔壓、應(yīng)力、應(yīng)變以及損傷和彈性能釋放率等進(jìn)行分析討論，并以典型節(jié)點(diǎn)為例，計(jì)算了模型沉降、孔壓值等的變化曲線。此外，對(duì)由于不同時(shí)間差分格式在預(yù)測(cè)路基工作性狀方面究竟