Q2原狀黃土本構(gòu)模型及其在隧道工程中的應用研究.pdf

1、隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，西部地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程、生態(tài)環(huán)境改善工程和國防建設(shè)工程中往往涉及到黃土工程問題。而黃土是一種具有獨特工程性質(zhì)的特殊性土，從巖土工程意義來說，其特殊性主要表現(xiàn)在黃土的結(jié)構(gòu)性、欠壓密性和濕陷性，導致在黃土地區(qū)修建工程的特殊性和復雜性，這就需要進一步發(fā)展黃土力學理論和相應的工程技術(shù)。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，通過理論推導、試驗研究和數(shù)值模擬等方法對Q2原狀黃土的力學特性和淺埋黃土連拱隧道動態(tài)施工圍巖損傷局部化過程等

2、進行了較為系統(tǒng)和深入的研究。本文的主要研究內(nèi)容和成果如下：
　?、購纳轿麟x石連拱隧道處取得Q2原狀黃土土樣，通過試驗測試獲得Q2原狀黃土的物理性質(zhì)和力學性質(zhì)，主要包括非飽和Q2原狀黃土物理性質(zhì)試驗、三軸剪切試驗、等壓試驗和等P試驗。獲得了Q2原狀黃土的剪應力q與剪應變 se的關(guān)系、體應變 ve與剪應變 se的關(guān)系，進而擬合得到彈性常數(shù)、強度參數(shù)及峰值強度與殘余強度隨圍壓的變化規(guī)律等。
　?、诟鶕?jù) Q2原狀黃土的試驗結(jié)果，對彈

3、塑性變形進行分離，作出流線圖和勢線圖，并假定塑性流動符合相關(guān)聯(lián)流動法則，選用塑性功函數(shù)為硬化、軟化函數(shù)，建立了應變空間的Q2原狀黃土彈塑性本構(gòu)模型。
　?、墼趹兛臻g的Q2原狀黃土彈塑性本構(gòu)模型的研究基礎(chǔ)上，把土體在應力作用下的總變形分解為彈性變形、塑性變形和損傷不可逆變形。假定塑性變形和損傷不可逆變形耦合，并服從伊留辛公設(shè)，確定出以廣義塑性功為硬化參數(shù)的加載函數(shù)和以損傷能量密度為參數(shù)的損傷屈服面函數(shù)，推導出損傷演化規(guī)律，建立了應

4、變空間的Q2原狀黃土彈塑性損傷本構(gòu)模型。
　?、芨鶕?jù)FLAC3D的塑性流動法則并對其進行修正，推導出Q2原狀黃土彈塑性損傷本構(gòu)模型的FLAC3D的格式。再利用FLAC3D的二次開發(fā)功能，用C++程序編制了用戶自定義本構(gòu)模型，與FLAC3D自帶的本構(gòu)模型分別對試件進行模擬，并與試驗結(jié)果進行對比，得出用戶自定義本構(gòu)模型更能準確反映Q2原狀黃土的力學特性。
　　⑤定義了圍巖損傷度 SRDD概念和推導其計算公式，并用FLAC3D的F

5、ISH語言編制圍巖損傷局部化后處理模塊，通過實例模擬，得出該圍巖損傷度后處理模塊能較好的反映黃土隧道動態(tài)施工圍巖損傷局部化分布和演化情況。
　?、抟噪x石黃土連拱隧道為依托工程，對離石黃土連拱隧道的兩種施工方案開挖過程分別進行損傷局部化數(shù)值模擬研究，通過分析開挖過程中圍巖損傷局部化分布情況和損傷演化規(guī)律，選出較合理的施工方案，并與現(xiàn)場的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，驗證了數(shù)值模擬結(jié)果的可信性。
　?、咄ㄟ^分析隧道工程圍巖穩(wěn)定性的分析和