FLAC/3DEC 新功能---非线性Mohr-Coulomb本构模型

文摘   科学   2024-09-28 09:02   内蒙古  

1. 引言

Itasca软件增加了许多新的功能,其中一个新功能是曲线(非线性) Mohr-Coulomb本构模型(Curved Mohr-Coulomb Model),这个模型适用于FLAC3D、FLAC2D 和 3DEC,非常类似于我们之前讨论的GSK模型非线性莫尔-库仑破坏包络线---GSK模型】和Hoek-Brown模型,都是用一个弯曲的屈服面代替了平面的Mohr-Coulomb屈服面,如下图所示

2. curved-mohr-coulomb的特
传统的Mohr-Coulomb模型假定材料发生线性剪切破坏,对一定应力范围内的实验数据进行了线性拟合,然而一些土工材料(在矿业工程中主要是尾矿坝材料)的低应力实验数据都清楚地显示出曲线破坏包络线更符合实际情况。因此,线性剪切破坏的假设可能会高估其安全系数,尤其是在浅层滑动面或开挖区附近的低法向应力情况下。新发展的curved-mohr-coulomb模型具有如下特性:
(1) 采用幂律(power law)定义非线性破坏包络线,采用了三个参数a,b,s;
(2) 输入任意片段的分段曲线;
(3) 曲线可以是在剪应力与法向应力空间,也可以是在最大主应力与最小主应力空间;
(4) 可用于自动计算安全系数;
(5) 可以退化为线性或双线性Mohr-Coulomb模型、Hoek-Brown模型和和Griffith模型。
输入参数如下所示(以FLAC3D为例,其它两个软件与之类似):
zone cmodel assign curved-mohr-coulombzone property density = 2000.0 bulk 3.66700006e9 shear 2.2e9zone property index-strength 3 table-strength 't1' dilation-factor 0.0


3. 幂曲线强度模型

曲线Mohr-Coulomb本构模型采用了幂律(power law),通常也称之为幂曲线(power curve),从概念上讲这不是新鲜的东西,而是一种非常古老的岩石力学数据处理方法,典型的剪切强度表达式如下:

其中
a,b,c是曲线拟合参数,通常是通过对小规模剪切试验数据进行最小二乘回归拟合得到的参数。d表示拉伸强度,如果包含在内,则必须输入正值。如果使用幂曲线模拟节理的剪切强度,那么W是波状角(Waviness Angle),如果不考虑节理强度,则只需将波状角设置为 0,从而忽略了该项。
波状角用于计算节理面或破坏面的抗剪强度,它反映了在1m至10m距离范围内观察到的节理面的波状(undulations)。波状角等于破坏面的平均倾角减去破坏面的最小倾角,非零波状角总是会增加破坏面的有效剪切强度【起伏角(Waviness Angle)对岩体节理剪切强度(Shear Strength)的增强作用】。

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