基于工程混合物理論的飽和裂隙巖體組合本構(gòu)模型

胡亞元，王 超

（浙江大學(xué) 濱海和城市巖土工程研究中心，浙江 杭州 310058）

1 研究背景

在經(jīng)典巖體力學(xué)中，受試驗?zāi)芰ο拗疲ǔ０褞r體拆分成完整巖塊和節(jié)理結(jié)構(gòu)面分別進(jìn)行試驗和本構(gòu)研究，然后再通過整合完整巖塊和節(jié)理結(jié)構(gòu)面的本構(gòu)方程來建立巖體的等效連續(xù)介質(zhì)本構(gòu)模型，即巖體組合模型。Morland［1］、Noorishad 等［2］和Wang 等［3］建立了干燥巖體的組合本構(gòu)模型，王媛等［4-5］和盛金昌等［6］采用Terzaghi 有效應(yīng)力原理建立了飽和巖體的組合本構(gòu)模型。林鵬等［7］根據(jù)飽和巖體的Terzaghi 原理法組合模型，采用三維非線性有限元法數(shù)值模擬了溪洛渡拱壩基巖的變形和穩(wěn)定。張國新［8］對小灣、溪洛渡和錦屏等水電站蓄水后大壩及邊坡變形進(jìn)行仿真分析后發(fā)現(xiàn)，飽和巖體Terzaghi 原理法組合本構(gòu)模型夸大了浮托力作用，會導(dǎo)致數(shù)值計算變形和應(yīng)力結(jié)果失真。為了克服飽和巖體Terzaghi 原理法組合模型的缺陷，一些巖體力學(xué)學(xué)者建議采用Biot 理論來建立飽和巖體本構(gòu)模型［9］。

盡管飽和介質(zhì)Biot 線彈性理論已發(fā)展得比較成熟完善，但裂隙巖體具有比較明顯的非線性和塑性特性，把Biot 理論推廣到裂隙巖體領(lǐng)域依然存在瓶頸。難點(diǎn)在于Biot 理論建議采用單一的Skempton有效應(yīng)力來建立飽和巖體本構(gòu)模型，Skempton 有效應(yīng)力中的Biot 系數(shù)在非線性和塑性本構(gòu)關(guān)系中不再是一個定值，如何合理確定Biot 系數(shù)成為制約飽和裂隙巖體本構(gòu)理論發(fā)展的一個關(guān)鍵因素。與Biot理論相比，混合物理論從普適性的力學(xué)守恒定理出發(fā)，消除了傳統(tǒng)方法中許多人為的任意假設(shè)，具有嚴(yán)密的數(shù)理依據(jù)［9-11］。……