38200字硕士毕业论文岩土变形过程中统计损伤模拟概念综述

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：38200字

论点：岩土,变形,损伤

论文概述：

本文是统计专业论文，通过考虑饱和土变形过程中空隙或体积变化的影响,进一步对饱和土损伤模型展开深入的研究，进而建立出能够充分反映饱和土残余强度特性的新型饱和土体统计损伤。

论文正文：

第一章螺纹理论

1.1研究背景和意义
目前，随着我国西部地区基础设施的大规模建设和持续发展，铁路、公路、大型水利水电工程、西气东输工程、南水北调工程等项目大多涉及复杂的岩土工程。岩土工程结构已广泛应用于水利水电工程、矿山、铁路、公路、土木工程等项目。岩土结构变形计算和分析已经成为各种结构工程设计过程中不可缺少的重要组成部分。由于岩土结构的复杂性和广泛性，岩土力学的研究内容必须具有复杂性和广泛性。从工程实践的角度来看，岩土变形过程的研究一直是岩土力学中最重要、最核心的问题。因此，对岩土变形模拟全过程的研究，即岩土本构模型的研究，对岩土力学理论研究和岩土工程实践具有重要的指导意义。近年来，损伤力学逐渐发展成为一种新的力学体系。由于它能更好地反映固体材料的本构关系，因此广大岩土力学工作者对损伤力学进行了广泛的关注和研究。损伤力学的一些研究理论和主要研究方法与岩土材料相对一致。然而，由于岩土材料复杂而特殊的力学性质以及损伤力学是一门新兴的学科，其一些思想和理论还很不成熟，因此将其引入岩土材料本构模型的研究中还有许多值得研究和探讨的地方。如何将损伤理论的合理思想与岩土本构模型有机结合，为岩土变形的全过程建立更合理的统计损伤本构模型，将是本文的核心问题。
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1.2岩土本构关系的试验研究现状
岩土本构关系是岩土的应力应变关系。它是岩土工程和岩土结构稳定性研究的基础，也是岩土力学的核心内容之一。岩土本构关系受岩土成分、应力状态、地质结构和构造等多种因素的影响。因此，岩土本构关系非常复杂。科学试验是岩土力学的重要研究方法之一，包括各种现场试验和模型试验。它不仅可以测量岩土的物理力学参数，为工程实践提供第一手数据，还可以为岩土本构模型的理论分析和研究提供客观依据。因此，现代测试技术在岩土工程领域和实验室测试中的应用已被大多数岩土工程工作者所采用，人类对岩土工程变形过程中力学机制的认识也得到进一步提高。岩石试件的承载力达到最大值后，尽管岩石保持其整体形状，但其内部结构已被完全破坏。在这一阶段，裂纹迅速发展并穿透，形成宏观可见的破坏面。到目前为止，试件的变形主要表现为沿断裂面滑动，随着变形的不断增加，岩块的承载力急剧下降，但并没有下降到零，表明完全破坏的岩石仍然具有一定的承载力。上述岩石变形的全过程曲线是一条典型的曲线，反映了岩石变形的一般规律。然而，自然界中的岩石由于其不同的矿物组成和结构而具有不同的应力应变关系。上述阶段可能不明显，甚至不存在。通过以上讨论，我们可以知道岩石试件在荷载作用下从变形到破坏的整个过程是一个渐进的发展过程，具有显著的阶段性。一般可分为两个阶段:峰前阶段(或前区)，可以反映岩石破坏前的变形特征；峰后阶段(或后带)可以反映岩体破坏后的变形特征。目前，对岩体峰前阶段变形特征的研究相对成熟，研究成果相对丰富，而对后部区域变形特征的研究不够深入。
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第2章岩土变形机理及变形过程

2.1概述
岩土材料在荷载作用下的第一种物理现象是变形，根据构成岩土的矿物成分和矿物颗粒的组合，变形可以表示为弹性或塑性变形。随着荷载的不断增加或在恒定荷载的作用下，其变形会随着时间逐渐增加，最终导致岩土材料的破坏。地下工程或采场周围岩土体表现出的地压现象是地下工程或采场周围岩土体变形破坏的结果。因此，研究岩土的变形机理和变形过程对岩土工程具有重要意义。建立能够模拟岩石应力应变全过程的本构模型一直是岩土工程研究的热点之一。首先，在深入讨论应变软化岩石应力变形全过程各阶段特征的基础上，针对勒迈特应变等效理论的不足，基于更加合理的假设，建立了新的损伤模型，该模型能够反映应变软化岩石的体积变化和峰值后的剩余强度。然后，引入统计损伤理论，考虑损伤阈值对岩石变形过程的影响，建立统计损伤本构模型，模拟应变软化岩石应力变形的全过程。该模型还能反映岩石体积变化和初始孔隙度对其变形过程的影响。最后，通过理论计算、实验结果和他人模型的对比分析，论证了模型的合理性和可行性。
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2.2岩石变形机理及变形过程
ⅰ型:应力应变曲线接近直线，直至试样突然破坏，曲线不明显弯曲，即接近线性弹性变形特征。玄武岩、石英岩、辉绿岩、白云石和非常坚硬的石灰石等致密和坚硬的岩石显示出这种变形特征。
类型二:应力-应变曲线以直线开始。当应力增加到一定值时，曲线向下弯曲，斜率随着应力的增加而减小，直至试样损坏，表现出弹塑性变形特征。一些致密但较软的岩石，如石灰岩、粉砂岩和凝灰岩，表现出这种变形特征
第三类:应力-应变曲线从前四位开始，然后变为直线，直至破坏，这被称为塑性-弹性变形特征。花岗岩和砂岩等带有孔隙和微裂纹的坚硬岩石反映了这种变形特征。应力-应变曲线开始处的凹陷部分反映了孔隙和微裂纹的压实。
第四类:应力-应变曲线呈S形，中部为相对大陆的较长直线段，两端为较短曲线段。这种变形特征称为塑性-弹性-塑性特征。一些相对坚硬致密的变质岩，如大理石和片麻岩，表现出这种变形特征。
第五类:应力应变曲线也呈S形，但与第四类相比，直线段较短，斜率较小，两端曲线段较长。一般来说，具有较高压缩性的岩石，如片麻岩，在垂直叶理方向压缩时表现出这种特征，这也称为塑性-弹塑性特征。
第六类:应力-应变曲线以直线开始，随后是非弹性变形和连续螺旋变形，称为弹塑性螺旋变形。岩盐具有这样的变形特征。
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第三章岩石变形过程统计损伤模拟方法研究……34
3.1岩石应变软化变形破坏过程特征……34
3.2新岩石损伤模型……35
考虑体积变化和剩余强度3.3岩石统计损伤本构模型的建立……36[/比尔/] 3.4示例分析和讨论……39
3.5本章概述……42 [/BR/]第四章饱和土全过程变形统计损伤模拟方法研究……43[/比尔/] 4.1饱和土损伤模型的探讨……43[/比尔/] 4.2饱和土损伤本构模型的建立……45[/比尔/] 4.3饱和土损伤本构模型参数的确定……47 [/BR/] 4.4本章概述……48
BR/]第5章饱和土的土工三轴试验……49[/比尔/] 5.1概述……49
5.2测试简介……49 [/BR/] 5.2.1测试仪器……50
5.2.2样品制备……50[/溴/] 5.3测试步骤……52[/溴/] 5.3.1未固结不饱和试验步骤……52[/溴/] 5.3.2固结不饱和试验步骤……52[/比尔/] 5.4松散非饱和饱和土损伤本构模型验证……54[/比尔/] 5.5固结非饱和土损伤本构模型验证……56[/比尔/] 5.6本章概述……58

第5章饱和土的三轴试验

5.1概述
在实际工程中，土体一般处于三维压力下，因此研究三维压力下土体变形的全过程具有重要的现实意义。多年来，三轴压缩试验一直是了解复杂应力状态下土壤力学性质的主要方法，也是建立强度理论的主要实验依据。在三轴压缩试验中，当试样保持在一定的环境压力下时，轴向压力逐渐增加，直到试样发生剪切破坏。这是根据摩尔筒仓强度理论设计的三轴压缩剪切试验。本章对普通粘性饱和土进行了未固结不排水和固结不排水试验，得到并分析了饱和土的应力应变曲线，得到了饱和粘性土的一些力学性质。同时，对上述建立的饱和土统计损伤本构模型进行了验证。
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结论

岩土变形全过程模拟的研究，即岩土本构模型的研究，对岩土力学理论研究和岩土工程实践具有重要的指导意义。近年来发展起来的统计损伤理论为岩土变形全过程模拟提供了很好的研究方向和思路。然而，统计损伤理论建立的岩土本构模型也有其不足和局限性。首先，它不能反映岩土在完全破坏后的承载特性。其次，它不能反映岩石材料在变形过程中的体积变化特征。因此，在前人研究成果的基础上，针对现有岩土统计损伤本构模型的局限性和不足，从岩土变形的全过程特征和变形力学机理研究入手，对岩土损伤模型进行了深入研究。本文的主要成果和结论如下:通过对岩土材料变形机理和变形过程的深入探讨，认为岩土体积变化与其所承受的荷载及其变形参数密切相关。在深入讨论应变软化岩石应力变形全过程各阶段特征的基础上，针对勒迈特应变等效理论的不足，在更合理假设的基础上，建立了一个新的能反映应变软化岩石体积变化和峰值后剩余强度的损伤模型。
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参考资料(略)