基于H-B强度准则的岩石损伤本构模型研究及应用

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地下工程在建设生产过程中存在很多加卸载问题,而不断的加卸载会引起岩石的损伤,从而引起岩石强度等力学特性的改变,影响地下工程的稳定性。岩石是由矿物颗粒、岩屑等组成的非均质、不连续介质,建立一种能够表征岩石损伤演化过程的本构模型来分析工程的稳定性则显得尤为重要。因此,本文结合试验分析、理论推导、数值模拟、程序开发等方法和技术,对岩石损伤本构模型进行研究。  首先,利用岩石伺服压力试验机对砂岩进行了三轴循环加卸载试验,分析了试验得到的岩石应力-应变曲线,探讨了加卸载循环过程中试件弹性模量、能量的变化规律,提出了基于耗散能的损伤变量计算方法,得到了损伤变量随应变的演化规律;其次,采用Hoek-Brown(H-B)强度准则作为岩石进入塑性的判断依据,分析了 FLAC3D软件中H-B本构模型的优缺点,针对H-B模型不能表征岩石拉伸破坏的不足,引入拉伸屈服函数对其修正,修正后的本构模型能够表征岩石非线性破坏特征和剪切、拉伸破坏状态;然后,基于损伤变量和H-B强度准则,建立了岩石损伤本构模型,该模型的力学参数随损伤变量发生动态变化,实现了岩石破坏过程的准确描述并利用FLAC二次开发技术将岩石损伤本构嵌入到FLAC3D中,通过模拟结果与试验结果对比验证了该模型的正确性和适用性;最后,将上述研究成果应用于邹坞煤矿受多次采动影响的17煤巷道围岩稳定性的研究,从应力场、位移场、塑性区分布等方面与现场监测进行了对比分析,表明了考虑损伤的本构模型能较好的反映开采扰动的影响,符合存在多次扰动的工程现场,能够为该类巷道的支护设计提供理论依据。
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