《深埋軟岩非線性流變模型及隧道施工時效性規律研究》是依託長沙理工大學，由陳亮擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：深埋軟岩非線性流變模型及隧道施工時效性規律研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳亮
- 依託單位：長沙理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
彈塑性理論是常用的隧道力學分析的主要手段之一，然而它無法解釋和預測隧道圍岩變形所表現出的時效性特徵，流變理論能較好的克服這一缺點。現有流變本構模型存在一定的描述偏差和參數不確定性，難以推廣套用到實際工程中。因此，需要更為準確且易於使用的本構模型及分析方法。本課題在引入分數階微積分理論和損傷理論的基礎上，探索一種新的基於分數階非線性蠕變損傷模型。主要研究內容為：（1）建立基於分數階非線性蠕變損傷的本構模型，並推導出本構方程和蠕變方程；（2）研究本構方程的有限差分轉化形式及其在數值分析中的套用方法；（3）考慮深埋軟岩隧道施工過程，研究圍岩蠕變位移的數學解析表達；（4）建立深埋軟岩隧道三維仿真模型，研究其流變特徵和開挖預留變形量設計方法。研究手段包括等圍壓三軸蠕變壓縮試驗、理論解析和數值分析。研究成果有助於深入揭示深埋軟岩隧道施工時效性規律，促進流變理論的發展及其在隧道工程中的套用。
結題摘要
本項目以深埋軟岩隧道流變特性為研究背景，基於相關試驗和現場測試，採用理論分析及數值仿真等方法，從岩石流變本構模型出發，研究了適合於描述軟岩隧道流變特性的幾種本構模型，並將新建本構模型用於隧道流變變形解析解及數值仿真方面的分析。主要研究成果包括：（1）結合流變本構模型理論和等圍壓三軸壓縮蠕變試驗結果，建立了岩體強度隨應變增量變化的損傷函式和三參量（H-K）蠕變損傷本構模型，該本構模型可較好的反映岩體蠕變的三個階段；（2）根據Riemann-Liouville分數階微積分理論，提出了統一採用基於分數階微積分形式表達的四元件非線性粘彈塑性流變模型，給出了該模型的本構方程及蠕變方程，並將該模型與試驗數據分別進行了擬合對比，結果表明該模型可以有效反映岩石三個階段的蠕變特性，並且起到了減少模型元件個數及參數的作用；（3）利用有限差分程式FLAC3D二次開發平台，通過FISH語言在計算過程中動態評估和修正蠕變參數，實現了將三參量（H-K）蠕變損傷本構模型套用於隧道數值仿真分析，為隧道流變變形分析提供了新的方法和思路；（4）基於三參量（H-K）蠕變損傷本構模型，採用有限差分程式FLAC3D探討了軟岩隧道在不同埋深及側壓力係數時的蠕變變形特徵、掌子面對隧道流變的影響、施工停止時間對隧道流變的影響以及台階法開挖對隧道流變的影響，為隧道施工預留變形量及支護措施的最佳化提供了參考。課題研究成果有助於深入揭示深埋軟岩隧道施工時效性規律，促進流變理論的發展及其在隧道工程中的套用。
