基于塑性损伤的黏土岩本构模型及其数值实现 论文

黏土岩作为深部地下工程中常见的岩土介质，其力学特性对施工过程中巷道的安全开挖至关重要。已有研究表明，黏土岩在三轴压缩试验中表现出明显的塑性硬化、软化以及流动特性，同时加载过程中产生的内部缺陷显著削弱了其力学性能。为了更好地描述这一现象，研究者们采用了以微裂纹作为损伤基元的方法，构建了塑性损伤变量，并将其与塑性硬化变量相结合，修正了Drucker-Prager帽盖模型，从而建立了新的本构模型。

通过ABAQUS平台及其UMAT子程序对该模型进行了数值实现。具体而言，该子程序基于向后欧拉本构积分算法，引入了塑性硬化和损伤变量参与迭代计算，使得屈服面在迭代过程中能够与应力同步更新，直至应力回到屈服面上。为了验证模型的准确性，研究人员使用该模型对常温条件下的黏土岩三轴压缩试验进行了数值模拟，并将结果与实际试验结果进行了对比。模拟结果显示，新模型能够较好地反映黏土岩的力学特性，验证了模型的有效性。

研究还扩展至黏土岩隧洞开挖的模拟，通过建立平面模型并应用新模型对开挖过程进行数值模拟，分析了模拟过程中损伤变量、应力及孔隙水压力的演变过程。如果您对类似的数值模拟研究感兴趣，可以参考《裂隙岩体损伤应变软化本构模型数值模拟研究》一文，其中详细探讨了裂隙岩体的损伤行为及其本构模型的应用。《abaqus中混凝土损伤塑性本构模型介绍》一文中也提供了关于混凝土损伤模型的介绍，或许对理解黏土岩模型的应用有所帮助。