隧道开挖的BBM模拟---材料属性(空间变异性)

1 引言

在几何模型建立之后【隧道开挖的BBM模拟---产生几何模型】，下一步需要对块体和节理的材料性质进行赋值，施加原岩应力和边界条件，初始化模型的应力状态，使之达到平衡。这个笔记仅讨论了BBM的材料属性。

2 BBM属性

由前述讨论可知，BBM由一系列非常小的四面体组成，由于尺寸足够小，因此假定块体是弹性的，块体之间的接触呈弹-塑性状态，岩体破坏沿着这些接触发生。在3DEC中，如果不显式地设置材料模型(block zone cmodel assign elastic)，那么默认为材料是弹性的。弹性属性(block zone property)使用弹性模量(young)、泊松比(poisson)和岩石密度(density)来定义，也可以使用体积模量(bulk)、剪切模量(shear)和岩石密度(density)来定义，本项目使用前者给BBM赋值。

块体之间的接触属性使用block contact jmodel assign命令，有6种接触模型可以选择：

(1) elastic; (2) mohr; (3) bilinear-mohr; (4) cyjm; (5) power; (6)softening-mohr。本项目选择最常用的mohr模型。接触属性使用block contact property命令，对于Mohr模型，最典型的材料属性包括：

(a) 法向刚度(stiffness-normal);

(b) 剪切刚度(stiffness-shear);

(c) 内摩擦角(friction);

(d) 粘结力(cohesion);

(e) 膨胀角(dilation);

(f) 抗拉强度(tension)

材料表(material-table)用来定义新的接触形成时应设置的节理本构模型和属性。默认情况下，所有新的接触都被分配为Mohr材料类型。由于本项目不计划改变新接触产生后的材料属性，因此block contact material-table default property命令可以省略。

3 BBM属性的空间变异

岩石材料本质上存在着空间变异性(Spatial Variation and Randomness)，空间变异性指的是材料强度和单位重量基于位置的变化【边坡稳定性概率分析的一些新技术；强度与变形参数值的概率估算---橄榄岩(peridotite)】，上述block zone property命令假设BBM区域内的强度属性是相同的，为了详细分析BBM岩体受开挖的影响，应该考虑岩体的空间变异性。这可以通过FISH编程对每个子接触分配随机的强度属性，主要使用的函数有：

(1) math.random.gauss

(2) block.contact.list

(3) block.contact.subcontactlist

(4) block.subcontact.prop

(5) block.subcontact.next

(6) block.contact.next

在新的改进中，除了使用FISH编程外，也使用了等效的属性分布命令，部分原因是在原来的代码中把抗拉强度作为空间变异参数。技术上来讲，任何参数都可以作为空间变异来考虑，不过岩石密度的直接影响更大一些。

block zone property-distribution density @_density deviation-gaussian 500

block zone property-distribution命令用来研究材料的空间变异性。可能的变量有：bulk, density, pratio, shear, ymodulus。