非連續(xù)子母塊體細觀損傷演化模型及其應(yīng)用.pdf

1、對節(jié)理巖體的非連續(xù)變形與破壞失穩(wěn)的數(shù)值模擬分析是目前巖土力學與工程領(lǐng)域中的前沿課題之一。巖體由節(jié)理裂隙以及由其切割而成巖石塊體組成，介于連續(xù)與非連續(xù)之間，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不確定性造成了其宏觀力學行為的復雜性。巖體的破壞失穩(wěn)是一個跨尺度的問題，其產(chǎn)生的原因不僅在于宏觀節(jié)理裂隙的擴展，還在于細觀微裂隙的產(chǎn)生、擴展及貫通。細觀上的損傷、微裂隙的產(chǎn)生擴展逐漸累積，最終導致宏觀上的斷裂失穩(wěn)，因此，巖體的破壞失穩(wěn)又是一個漸進性的過程。 本文

2、首先在討論了巖體破壞失穩(wěn)的研究尺度的基礎(chǔ)上，從多尺度耦合的角度出發(fā)，同時考慮連續(xù)問題、非連續(xù)問題以及連續(xù)問題向非連續(xù)問題轉(zhuǎn)化，提出了非連續(xù)子母塊體理論模型。在非連續(xù)子母塊體理論模型中，假定巖體與巖體內(nèi)部被層理、節(jié)理等結(jié)構(gòu)面所切割而成的巖石塊體均屬于宏觀尺度；把宏觀的巖石塊體定義為母塊體，用假想的人工節(jié)理將其繼續(xù)分為若干更小的塊體，更小的塊體稱為子塊體，子塊體為各向同性的均質(zhì)體，并且在計算中不再發(fā)生破壞分解為更小的塊體，作為計算分析的基本

3、單元，子塊體的研究尺度屬于細觀尺度。模型也重新定義了子塊體間的接觸，并將其劃分為連續(xù)接觸與非連續(xù)接觸兩種類型，連續(xù)接觸在一定條件下發(fā)生破壞轉(zhuǎn)化為非連續(xù)接觸；采用增廣拉格朗同乘子法對子塊體間的接觸進行處理，能夠計算出準確的彈簧接觸力。 子塊體雖然不再發(fā)生破壞變?yōu)楦〉膲K體，但是子塊體內(nèi)部會在外部約束及荷載條件下發(fā)生損傷，同樣會對巖體的破壞失穩(wěn)產(chǎn)生影響。因此，本文在所提出的非連續(xù)子母塊體理論模型的基礎(chǔ)，引入細觀損傷力學，考慮子塊體在

4、拉伸及剪切兩種情況下的損傷演化情況，建立了拉伸損傷演化方程和剪切損傷演化方程，提出了非連續(xù)子母塊體細觀損傷演化模型。考慮材料非均勻性對于節(jié)理巖體變形破壞的影響，采用韋伯分布將材料的非均勻性引入到本文所提出的非連續(xù)子母塊體細觀損傷演化模型中。 依據(jù)本文所提出的算法，基于同濟曙光圖形平臺，應(yīng)用Visual C++語言開發(fā)了非連續(xù)子母塊體細觀損傷演化計算分析模塊，并通過斜面滑塊、兩塊體相互作用、懸臂梁端部受力等算例驗證了本文算法及所開