基于虚拟钻孔的工程地质三维剖切的实现

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1、201229(8)：24-28001:103969/jissn1001-5485201208005基于虚强度参数的塑性硬化模式白冰李小春石露袁维汪海滨（中国科学院岩土力学与工程国家重点试验室武汉430071）摘要：塑性理论中常采用等向硬化、随动硬化和混合硬化的假定来描述硬化函数的演化规律•这需要在屈服函数上增加相应的函数项但这些矢于硬化模式的假定不是必须的“提出了利用虚强度参数来描述介质塑性硬化规律•即在不改变屈服『破坏函数形式的条件下只将其中的强度参数替换为塑性硬化参量的函数便可以实现既避免硬化规律的先验假设又可

2、体现介质的硬化过程,，采用一组煤岩的三轴加卸载试验数据研究了基于CoulombHVIohr准见和基于Drucker-Prager准则及其强度参数的塑性硬化函数。结果表明•这2个函数的塑性硬化面子午线在应力空间中以平移和旋转2种方式体现介质的塑性硬化过程并与已有煤岩试验数据一致。所提出的虚强度参数的概念为破坏准则中真实强度参数替换后作为硬化函数提供了一个逻辑的桥梁。尖键词：虚强度参数；塑性硬化；屈服准则；后继屈服；破坏函数中图分类号：TU452文献标志码：A文章编号:1001・5485（2012）08-0024・05

3、1研究背景许多介质在加载过程中呈现塑性硬化特性，即介质在初始屈服和破坏之间经历一段硬化过程强度仍不断提高。经典弹塑性本构框架采用初始屈服、后继屈服（即硬化）和破坏的概念来描述这些逬入塑性后的状态l1'21o表现在数学上就是初始屈服、塑性硬化和破坏函数在三维坐标系下•它们是空间曲面，故相应地称为初始屈服面、硬化面（加载面）和破坏面。尽管这3类状态在物理上不全相同，甚至差异很大但在实用上，通常认为破坏面和硬化面是由初始屈服面变化而来的或者说认为初始屈服面和硬化面都和破坏面具有类似的形式。塑性硬化函数反映屈服面在应力空间

4、中随着硬化过程不断变化的规律它决定了塑性应变增量的大小，因此《1究塑性硬化的演化规律对塑性应变增最的计算具有重要意义。隨着塑性变形的增加，硬化面的位置、大小都可能发生改变•其变化规律是十分复杂的。目前矢于硬化规律尚没有一般性的理论131在经典塑性力学中最常用的有3类硬化模式，即等向硬化、随动硬化和混合硬化模型⑷。这3类模式实质都是对后继屈服面在空间变化规律做的额外假定。以等向硬化为例它假定后继屈服面的形状、中心和方位均与初始屈服面相同只围绕其中心作相似的扩大。这样•相应的硬化函数只需在初始屈服函数的基础上叠加1个反

5、映塑性变形历史的破化项即可。随动硬化和混合硬化也需在硬化函数牛增加屈服面平移或扩大项。岩土塑性力学继承了经典塑性力学的本构框架，这3类模式在许多岩土文献中被广泛介绍或引用。但特别是在土的塑性力学中也有一些方法不采用上述3类模式o1981年奏文熙先生等提出通过拟合硬化参量等值面（线）方法来得到不同硬化状态的硬化函数•这样就无需采用上述3类硬化假设。Roscoe•魏汝龙等人区Cambridge系列模型以及相尖的修正模型采用屈月E函数的材料系数（如固结压力）作为硬化参数，也法有直接采用上述硬化假设。尖于通过调整屈服函羹中

6、材料参数的方法作为硬化函数目前存在不同初识。Flac3D中包含了应变硬化/软化本构模型•该模型通过不断调整强度参数来实现对峰后的模拟•但是未见到将这种只调整强度参数的方法应用于峰前硬化的使用说明。而史永胜等⑸认为，对于岩土介质双强度参数的等向硬化/软化模型中•应该在初始屈服函数以及硬化项中均应动态演化内聚力和内摩擦角参数。因此如果单纯从破坏后区来看，这金然与Flac3D的方法似乎是有矛盾的。岩土介质异常复杂硬化和破坏在物理机制上也是不同的。尽管在工程计算中破坏判断（包括呃值点和峰后软化区）和塑性变形计算都很重要，但

7、收稿日期:2012-04-27基金项目：国家自然科学基金资助项目（11102218）作者简介：白冰（1980・）•男江苏睢宁人•助理研究员博士注要从事岩土力学理论与技术的硏究工作・（电话）18602726975（电子信箱）baLbing2@126com。破坏函数直接推广应用于描述峰前塑性硬化。量值的应力点连接起来，认为这些点具有相同的硬化状态因而处于相同的硬化面上，对其采用与破坏2峰前硬化阶段的强度参数严格而言，固体的强度与破坏在理论上还没有普适的、被广泛接受的确切定义但对于工程岩土力学在应力-应变曲线的峰值点及峰

8、值后区认为介质处于破坏状态是被广泛采用的。Coulumn-Mohr准则的黏聚力c和内摩擦角(p就是岩土屈服或破坏时所展示出来的真实强度参数。但是•在峰值以前的塑性硬化阶段，介质在不断加载过程中承载能力不断提高并没有达到破坏•因此在塑性硬化阶段—般不提强度参数c和