应变软化模型IMASS边坡稳定性分析
1 引言
IMASS代表着Itasca Constitutive Model for Advanced Strain Softening (IMASS)，它是Itasca咨询公司正在试验的一个高级应变软化模型，用来模拟岩体开挖引起围岩的损伤程度，特别是由爆炸引起的岩体损伤。IMASS模型最初应用在崩落采矿岩石破碎的研究。这个笔记简要讨论了IMASS在边坡稳定性分析中的应用。之所以重新回顾这个模型，是因为发现在计算单元位移时结果好像不正确，目前还检查不出是哪个环节出了问题。
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2 IMASS的理论背景
IMASS模型合并了Hoek-Brown岩体强度峰值(Peak Strength)包络线和两个软化(残余)屈服包络线，如下图所示。两个软化(或残余)屈服包络线表示岩体的两阶段软化行为，区分岩体的损伤(由断裂和相关的粘结力和抗拉强度损失引起)和后续扰动(由于体积膨胀)。峰值强度包络线(红色曲线)由广义Hoek-Brown准则定义，两个残余包络线描述了无内聚力、完全摩擦，具有不同的互锁程度材料的行为。第一个残余包络线代表了岩石峰值后(Post-peak)的强度（虚线，蓝色曲线）。此时假定岩体已发生裂缝，但所产生的岩石碎片仍是完全互锁的，孔隙率为零。第二个残余包络线代表岩体的极限残余强度(Ultimate Strength)(绿色曲线)。此时，岩石碎片的互锁程度达到最低，孔隙率最大(高达40%)。
IMASS岩体的应力-应变行为响应如右图所示，该图显示了岩体从峰值到峰值后，再到极限强度之间的软化/弱化尺度。第一阶段是从峰值到峰值后。在这一阶段，由于应力变化导致完整岩石断裂，破坏由累积的塑性剪切应变引起。一旦岩体达到 "临界塑性剪切应变"，且其强度等于峰值后的强度，则第一阶段结束。第二阶段是从峰值后到极限强度。在这一阶段，额外的应变和扰动导致岩块重新排列，孔隙度(高达40%)和渗透性显著增加，累积的体积应变导致强度损失。当岩体达到 "最大体积应变 "时，第二阶段结束。此时岩体已达到其极限残余强度，其强度不会随着额外的应变而进一步发展。
3 FLAC3D使用IMASS模型
为了调用IMASS模型，FLAC3D使用如下命令：
model config imasszone cmodel assign imass
模型输入的参数有六个：
(1) 岩石密度;
(2) Hoek-Brown准则中的GSI；
(3) 原岩单轴抗压强度UCS；
(4) Hoek-Brown准则中的材料常数mi;
(5) 原岩的模量;
(6) 临界塑性剪应变系数。
zone initialize density 2500zone property in_mod_youngintact 2.5e10zone property in_stren_gsi 45zone property in_stren_mi 15zone property in_stren_ucsi 60e6zone property in_bulking_dil 10zone property in_weak_multecrit 1.0
4 边坡稳定性分析
使用Hoek-Brown本构模型计算边坡稳定性，通常需要预定义岩体的损伤，使用扰动因子(D因子)和假设岩体的弹性-完全塑性行为来表示边坡面由于爆破和应力松弛(可延伸至坡面后30%的边坡高度)引起的强度减弱。在IMASS中，由于考虑了岩体峰值和后峰值强度包络线，因此可以模拟岩体发生塑性变形时在这些包络线之间的应变软化，这就消除了根据主观的D因子来预定义坡面的破坏程度。
