紅山窯膨脹紅砂巖本構模型及其應用.pdf

1、膨脹巖問題是工程地質和巖石力學領域中最為復雜的研究難題之一。目前關于膨脹巖的膨脹變形試驗和膨脹本構模型的研究已有不少，但對膨脹巖的判別分類方法、膨脹機理及膨脹本構模型仍眾說紛紜。本文以南京紅山窯水利樞紐工程中膨脹紅砂巖為研究對象，通過對此類膨脹紅砂巖進行膨脹率試驗、膨脹力試驗、收縮試驗、失水試驗、力學性質指標試驗、現場膨脹率試驗及載荷試驗等試驗，并對試驗結果運用數學、力學及有限元理論進行分析研究。論文的主要研究工作和研究成果歸納如下：

2、 (1)將膨脹巖的自由膨脹率、干燥飽和吸水率、浸水崩解度、極限膨脹量、極限膨脹力、比表面積、交換容量、圍巖強度等膨脹特性指標作為膨脹巖判別分類的主要考慮因素，引入模糊綜合評判的概念，建立膨脹巖分類專家數據系統(tǒng)，采用多因素綜合評判的方法對膨脹巖進行判別分類，從而可避免以往由單因素分類法對膨脹巖進行分類的不確定性。 (2)對南京紅山窯膨脹紅砂巖進行了多種膨脹特性試驗和力學性質指標試驗，獲得了此膨脹巖的膨脹變形特性和力學性質指標

3、，為模型的建立和參數的選擇提供了科學的依據。 (3)在試驗研究的基礎上，基于濕度應力場理論，推導了彈性模量E和泊松比u都隨含水率變化而發(fā)生變化的膨脹紅砂巖彈性本構模型、非飽和濕度場彈塑性耦合模型，討論了有限元解的穩(wěn)定性，繪出了有限元求解流程圖。 (4)在所建模型的基礎上，開發(fā)了膨脹問題的三維有限元計算程序；對膨脹率試驗和現場載荷試驗進行數值模擬，將計算結果與室內外試驗結果對比，從而驗證所做試驗的科學性、所建模型的正確性、