紅山窯膨脹紅砂巖本構(gòu)模型及其應(yīng)用.pdf

1、膨脹巖問題是工程地質(zhì)和巖石力學(xué)領(lǐng)域中最為復(fù)雜的研究難題之一。目前關(guān)于膨脹巖的膨脹變形試驗(yàn)和膨脹本構(gòu)模型的研究已有不少，但對(duì)膨脹巖的判別分類方法、膨脹機(jī)理及膨脹本構(gòu)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(duì)象，通過對(duì)此類膨脹紅砂巖進(jìn)行膨脹率試驗(yàn)、膨脹力試驗(yàn)、收縮試驗(yàn)、失水試驗(yàn)、力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)膨脹率試驗(yàn)及載荷試驗(yàn)等試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果運(yùn)用數(shù)學(xué)、力學(xué)及有限元理論進(jìn)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(qiáng)度等膨脹特性指標(biāo)作為膨脹巖判別分類的主要考慮因素，引入模糊綜合評(píng)判的概念，建立膨脹巖分類專家數(shù)據(jù)系統(tǒng)，采用多因素綜合評(píng)判的方法對(duì)膨脹巖進(jìn)行判別分類，從而可避免以往由單因素分類法對(duì)膨脹巖進(jìn)行分類的不確定性。 (2)對(duì)南京紅山窯膨脹紅砂巖進(jìn)行了多種膨脹特性試驗(yàn)和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)試驗(yàn)，獲得了此膨脹巖的膨脹變形特性和力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

3、，為模型的建立和參數(shù)的選擇提供了科學(xué)的依據(jù)。 (3)在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，基于濕度應(yīng)力場(chǎng)理論，推導(dǎo)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(gòu)模型、非飽和濕度場(chǎng)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(chǔ)上，開發(fā)了膨脹問題的三維有限元計(jì)算程序；對(duì)膨脹率試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，將計(jì)算結(jié)果與室內(nèi)外試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，從而驗(yàn)證所做試驗(yàn)的科學(xué)性、所建模型的正確性、