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岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅰ):模型建立及其数值求解程序 被引量：28
1
作者 王军祥 姜谙男 宋战平 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第S2期626-637,644,共13页
在地下水渗流场、应力场、损伤场的耦合作用下更易造成隧道围岩坍塌或涌水等灾害。首先,将围岩材料视作各向同性连续介质,基于Drucker-Prager准则建立岩石弹塑性损伤本构模型,采用完全隐式返回映射算法实现弹塑性损伤本构方程的数值求... 在地下水渗流场、应力场、损伤场的耦合作用下更易造成隧道围岩坍塌或涌水等灾害。首先,将围岩材料视作各向同性连续介质,基于Drucker-Prager准则建立岩石弹塑性损伤本构模型,采用完全隐式返回映射算法实现弹塑性损伤本构方程的数值求解。其次,以上述研究为基础根据岩石处于弹塑性状态时渗透系数动态演化公式,建立岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型,并给出三场耦合情况下的数值求解迭代方法。针对耦合模型中涉及参数较多且不易测定的问题,基于差异进化算法原理建立智能反分析方法,对耦合模型中的损伤参数进行反演。最后,利用C++语言编制相应的岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合程序和参数反演程序,利用所编程序进行以下计算:(1)对智能反分析程序的性能、正确性进行分析,对比不同差异策略、交叉因子、变异因子的反演精度和收敛速度。(2)分别采用弹性模型和弹塑性损伤模型进行隧道围岩位移场、应力场的计算。(3)不考虑力学作用的情况下进行孔隙水压力、渗流量的计算。(4)采用所建耦合模型计算得到隧道围岩应力场、渗流场以及损伤场的相互影响规律。研究结果表明,基于差异进化算法的智能反分析程序能够较好地解决耦合模型中损伤参数不易确定的难题,为实际工程中获得不易测定的计算参数提供了有效的方法,同时所建立的耦合模型通过应力、渗流和损伤的相互作用更能够真实地反映出岩石材料的宏观破坏现象,所编计算程序能够模拟地下水渗流场、应力场、损伤场之间的耦合特性,为受地下水影响严重的工程建设提供了方法,研究结论为后期对实际隧道工程进行耦合计算奠定基础。 展开更多
关键词 弹塑性损伤本构模型 渗透系数 弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型 损伤参数反演
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岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型研究(Ⅱ):参数反演及数值模拟 被引量：12
2
作者 王军祥 姜谙男 宋战平 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第12期3606-3614,共9页
海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中,围岩稳定性受渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化,而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用,三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确... 海底隧道或近海富水区隧道围岩长期处于地下水环境中,围岩稳定性受渗流场的影响较为明显,由于渗流场作用使得应力场、损伤场发生变化,而围岩应力场、损伤场的变化又对渗流场产生反作用,三场耦合效应十分显著。针对耦合模型中参数多、确定难度大的问题,进行耦合模型中损伤参数的反演。采用基于岩石弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型所编制的计算程序和智能位移反分析程序,对大连地铁海事大学试验线路过河段隧道施工过程中的围岩稳定性进行数值计算。根据现场监测位移采用耦合模型进行损伤参数反演,其中耦合计算中采用应力场与渗流场分别迭代求解的间接耦合方法进行有限元计算,利用反演的参数对隧道围岩应力场、渗流场、损伤场分布规律及衬砌结构的受力特征进行了分析。研究结果表明:利用位移反分析法得到的围岩力学参数进行类似地质条件的隧道围岩数值分析是可行的,进而可以预测围岩的变形破坏模式,判断围岩的稳定性。与此同时,通过数值计算可知,地下水的渗流作用对近海隧道的围岩变形有一定的影响,增加了围岩的应力、位移,从围岩-支护结构共同作用原理考虑,进行隧道支护结构设计是应该考虑三场耦合效应的,计算结果可以指导隧道防排水施工质量的改进与提高,为近海富水区隧道开挖设计提供一定的理论参考。 展开更多
关键词 近海富水区隧道 围岩稳定性 弹塑性应力-渗流-损伤耦合模型 智能反分析 程序编制
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损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律研究 被引量：1
3
作者 林志斌 李亚豪 +2 位作者 林培忠 张勃阳 杨大方 《河南理工大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期154-163,共10页
目的为分析上覆溶洞对隧道的影响,进行损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律的研究。方法以重庆市双碑隧道工程为背景,基于三线性应变软化模型建立岩体损伤-渗流耦合模型,采用FLAC3D对隧道开挖通过上覆溶洞过程中的围岩变形、... 目的为分析上覆溶洞对隧道的影响,进行损伤-渗流耦合作用下上覆溶洞隧道突水灾变规律的研究。方法以重庆市双碑隧道工程为背景,基于三线性应变软化模型建立岩体损伤-渗流耦合模型,采用FLAC3D对隧道开挖通过上覆溶洞过程中的围岩变形、塑性区、渗透系数和涌水量进行数值模拟分析,并对比分析了不考虑岩体损伤-渗流耦合作用和不同溶洞水压对上覆溶洞隧道突水灾变特征的影响。结果上覆溶洞水压为1.8 MPa时,隧道开挖通过上覆溶洞中心5.0 m后,隧道围岩在溶洞与隧道间产生2条“八字形”的导水裂隙带,导致溶洞与隧道间岩体整体滑动约600 mm,整个滑动体近似梯形,其顶、底、高分别为3.6,9.6,8.4 m;隧道开挖未到达上覆溶洞时,其最大涌水量不超过0.01 m^(3)/s,而通过上覆溶洞中心0,2.5,5.0 m后,其最大涌水量分别为0.022,0.185,0.743 m^(3)/s;上覆溶洞水压为1.2,1.8,2.4 MPa时,隧道通过上覆溶洞后的最大涌水量分别为0.031,0.0743,1.365 m^(3)/s。结论隧道开挖通过上覆溶洞过程中,上覆溶洞水压超过临界值时,隧道会发生冒顶坍塌和突水事故,且突水表现出一定的滞后性和大体量性;溶洞水压越大,隧道会越早突水,最终突水量越高;为模拟再现岩溶隧道开挖过程中的突水灾变时空演化过程,必须考虑岩体的损伤-渗流耦合作用。本文研究成果可为岩溶隧道工程围岩稳定控制提供重要依据。 展开更多
关键词 溶洞 隧道 损伤-渗流耦合 突水 渗透系数 涌水量
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海底岩溶隧道损伤-渗流耦合机制及其应用 被引量：1
4
作者 许梦飞 姜谙男 李兴盛 《沈阳建筑大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1027-1035,共9页
目的分析多场耦合作用下海底岩溶隧道稳定性.方法建立基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤-渗流耦合模型,通过ABAQUS软件中Umat子程序接口实现了模型的有限元计算,利用该模型对大连海底岩溶隧道进行数值计算.结果溶洞作用下地表沉降曲... 目的分析多场耦合作用下海底岩溶隧道稳定性.方法建立基于Hoek-Brown准则的岩体弹塑性损伤-渗流耦合模型,通过ABAQUS软件中Umat子程序接口实现了模型的有限元计算,利用该模型对大连海底岩溶隧道进行数值计算.结果溶洞作用下地表沉降曲线在开挖面中线两侧存在较大差异,随着上覆海水压力的增加,沉降最大值出现小幅增长,其位置逐渐向溶洞中线处偏移;当施加充填水压时,地表沉降值、开挖面附近围岩位移值和衬砌最大主应力值均发生明显变化;随着充填水压的加载,隔水岩体的损伤值和损伤区域逐渐增大,渗透系数成数量级增长,形成的导水通道为开挖面发生突水突泥灾害埋下了隐患.结论计算结果对岩溶区隧道监测和突水灾害防治具有指导意义. 展开更多
关键词 HOEK-BROWN准则 损伤-渗流耦合模型 海底岩溶隧道 充填水压 导水通道
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基于弹塑性损伤-渗流耦合模型的隧道洞口段围岩稳定性研究 被引量：3
5
作者 万友生 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2021年第8期117-123,共7页
为分析复杂条件下隧道洞口段稳定性问题,建立基于Mohr-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤-渗流耦合模型,利用完全隐式的向后欧拉算法编制弹塑性损伤模型的应力积分程序。在此基础上,利用ABAQUS平台的子程序接口实现耦合模型的有限元计算。将... 为分析复杂条件下隧道洞口段稳定性问题,建立基于Mohr-Coulomb准则的岩石弹塑性损伤-渗流耦合模型,利用完全隐式的向后欧拉算法编制弹塑性损伤模型的应力积分程序。在此基础上,利用ABAQUS平台的子程序接口实现耦合模型的有限元计算。将该模型应用于福建某洞口段隧道工程的围岩稳定性评价中,分析不同降雨强度下洞口段结构的安全系数、位移及损伤值的变化规律。结果表明:隧道洞口段结构的安全系数、损伤区和位移均会随着降雨进程的发展发生变化,雨季应加强监测频率。 展开更多
关键词 洞口段 围岩稳定性 弹塑性损伤-渗流耦合模型 向后欧拉算法 降雨条件
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渗流影响下岩石损伤和渐进破裂演化过程的数值试验研究 被引量：7
6
作者 付金伟 朱维申 +1 位作者 张敦福 贾超 《水文地质工程地质》 CAS CSCD 北大核心 2015年第1期53-59,共7页
在FLAC-3D软件平台上,开发出岩石破裂过程的渗流-损伤耦合分析程序,对渗流-损伤耦合作用下岩石的裂纹萌生、扩展过程进行模拟研究。分析了在孔隙水压力作用下,含原生裂隙和弱化单元的非均质试件在单轴、三轴加载下的破坏过程,并与非渗... 在FLAC-3D软件平台上,开发出岩石破裂过程的渗流-损伤耦合分析程序,对渗流-损伤耦合作用下岩石的裂纹萌生、扩展过程进行模拟研究。分析了在孔隙水压力作用下,含原生裂隙和弱化单元的非均质试件在单轴、三轴加载下的破坏过程,并与非渗流条件下试件在单轴、三轴压缩下的破坏过程相对比,通过动态显示损伤状态、渗流场,并分析应力应变关系、位移图等,对渗流影响下裂隙岩体的损伤和渐进破裂过程进行了研究。 展开更多
关键词 裂隙岩体 渗流-损伤耦合 随机弱化 三轴加载 渐进破裂
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含孔岩体破裂过程的无单元法数值模拟 被引量：1
7
作者 张鑫 沈振中 徐力群 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2008年第5期722-726,共5页
根据岩体损伤程度对其渗透性和强度的影响,利用定义的损伤变量建立了应力-渗流-损伤的耦合分析模型.综合考虑应力、渗流、损伤之间的相互作用影响,模拟分析了含孔岩体在不同水压力作用下破裂的过程.分析表明,内水压力是促使裂纹扩展的... 根据岩体损伤程度对其渗透性和强度的影响,利用定义的损伤变量建立了应力-渗流-损伤的耦合分析模型.综合考虑应力、渗流、损伤之间的相互作用影响,模拟分析了含孔岩体在不同水压力作用下破裂的过程.分析表明,内水压力是促使裂纹扩展的一个重要因素,内水压力增加可以使原来停止扩展的裂纹重新扩展或者使原来闭合的裂纹重新张开,而且裂纹张开度的变化将导致裂纹内的渗流特性发生改变. 展开更多
关键词 岩体 无单元法 应力-渗流-损伤耦合分析 裂纹扩展
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低透煤层水力压裂促进瓦斯抽采模拟与试验研究 被引量：34
8
作者 周西华 周丽君 +2 位作者 范超军 白刚 宋东平 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第10期81-86,共6页
针对低透气性煤层瓦斯抽采难度大、工作量大、效率低等问题,采用水力压裂技术促进煤层瓦斯抽采。在多场耦合和弹性损伤理论基础上,建立煤层损伤-应力-渗流耦合模型,数值模拟马堡煤矿15108工作面水力压裂及瓦斯抽采过程,分析煤层弹性模... 针对低透气性煤层瓦斯抽采难度大、工作量大、效率低等问题,采用水力压裂技术促进煤层瓦斯抽采。在多场耦合和弹性损伤理论基础上,建立煤层损伤-应力-渗流耦合模型,数值模拟马堡煤矿15108工作面水力压裂及瓦斯抽采过程,分析煤层弹性模量、渗透率和瓦斯压力的变化规律,确定压裂和抽采关键参数,并据此开展工程试验,对模拟结果进行验证。结果表明:高能压裂液能使煤层破裂,渗透率急剧升高,加快瓦斯向抽采钻孔运移;随着压裂时间增加,压裂损伤范围逐渐扩大;模拟得出水力压裂10 000 s时,2个压裂孔间的损伤区在抽采孔处贯通,压裂损伤范围达14 m;现场压裂试验后,瓦斯抽采平均和最高纯量分别达到63.79和126.57 m3/d,是未压裂的9.65倍和7.23倍,透气性升高了67倍。 展开更多
关键词 低透气性煤层 水力压裂 瓦斯抽采 增透促抽 损伤-应力-渗流耦合模型 数值模拟
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拦沙坝非线性地震响应分析及极限抗震能力研究 被引量：1
9
作者 陈天燊 刘智 +1 位作者 赵兰浩 李同春 《中国农村水利水电》 北大核心 2020年第3期134-139,共6页
以某抽水蓄能电站拦沙坝河床坝段为例,采用线弹性模型和非线性模型研究地基断层对坝体极限抗震能力的影响。以坝体建基面在地震作用下发生瞬时失稳为破坏依据,计算了坝体破坏前坝体-地基系统损伤、渗流场演变过程以及抗滑稳定安全系数... 以某抽水蓄能电站拦沙坝河床坝段为例,采用线弹性模型和非线性模型研究地基断层对坝体极限抗震能力的影响。以坝体建基面在地震作用下发生瞬时失稳为破坏依据,计算了坝体破坏前坝体-地基系统损伤、渗流场演变过程以及抗滑稳定安全系数时程曲线,得到了线弹性模型和非线性模型下坝体所能承受的最大地震作用分别为2.18倍设计地震和2.67倍设计地震。结果表明:重力坝底部地基中的断层对廊道顶部和底部的应力状态有较大影响;考虑地基断层材料非线性后,坝体发生滑动破坏的主要原因是帷幕震坏和断层大面积损伤;综合考虑地基断层材料非线性以及损伤对渗流场的影响能够更好地模拟复杂地基条件下的坝体极限抗震能力。 展开更多
关键词 断层影响带 极限抗震能力 地基非线性 抗滑稳定 损伤-渗流耦合
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