岩体膨胀角的经验估算和数值估算
文章摘要
文章讨论了膨胀角在岩体力学中的重要性，特别是在应变软化模型中。Hoek和Brown提出了一种基于岩石内摩擦角的经验膨胀角确定方法，但未给出明确依据。实践中，通常先通过Hoek-Brown准则求出内摩擦角，再确定膨胀角。IMASS模型中的膨胀角可以是恒定的，也可以是随约束应力和孔隙度变化的函数。文章还提到了其他研究者提出的岩体膨胀评估方法，这些方法考虑了岩石的抗压强度、摩擦角和约束条件，但通常只适用于微应变量级的岩石变形。
1. 引言
2. IMASS中的膨胀角
在 IMASS 中，膨胀角被设置为标准材料属性，并在达到用户定义的最大膨胀系数后降为零，这可以防止单元在剪切过程中膨胀到不切实际的水平，可根据经验方法为岩体指定一个恒定的膨胀角，也可以使用更先进的膨胀模型，根据约束应力和孔隙度(或 VSI)的函数不断更新每个单元的膨胀角。下图所示的是膨胀角随围压和孔隙率的变化。
3. 参考
本研究是针对隧道或矿柱设计等经典岩石力学破坏后(post-failure)问题中对膨胀性处理不当而进行的。对文献的全面回顾和对已公布测试结果的观察表明，膨胀性在很大程度上取决于材料已经历的塑性和围压；此外，尺度似乎也起着不可忽视的作用。这篇文章详细分析了已公布的测试数据，以期提出一个足够重要但又简单方便的膨胀角公式，它能反映这些依赖关系，并可在数值分析中轻松实现。然后对模型进行测试，证明它能够代表岩石样本在抗压试验中的应变行为。最后，该模型被应用于差至中等质量岩体中隧道地层反作用力曲线的解析，显示出与使用实际岩石工程技术所获得结果的良好相关性。
(2010) A mobilized dilation angle model for rocks.
对岩石破坏的实验和现场观察表明，破坏过程与岩石膨胀密切相关，膨胀是岩石变形过程中体积增加的指示器，描述膨胀最常用的概念是膨胀角。考虑到应变软化的传统Mohr-Coulomb模型通常假定膨胀度恒定不变，但据观察，这种方法并不能成功描述岩石的非线性变形行为。在本研究中，根据已发表的带有体积应变测量的改进三轴压缩试验数据，建立了一个考虑围压应力和塑性剪切应变影响的动态膨胀角模型。根据模型响应并结合粒度描述和单轴抗压强度，提出了四种岩石类型（粗粒硬岩、中粒硬岩、中粒软岩和细粒软岩）的模型参数。对于分别代表细粒软岩和粗粒硬岩的煤和石英岩，使用膨胀角模型来预测体积-轴向应变关系，发现预测结果与实验结果非常吻合。
(2015) A new model for the dilation of brittle rocks based on laboratory compression test data with separate treatment of dilatancy mobilization and decay.
本文提出了一个新模型，用于计算在实验室压缩试验中通过脆性机制变形的岩石膨胀角。与同类模型相比，该模型能够通过较少的独立参数来确定，并显示出与多种岩石（沉积岩、辉绿岩、大理岩、花岗岩和石英岩）的实验室测试数据相匹配。对每个模型参数都进行了详细研究，并提出了与地质和岩土特性的潜在联系。此外，还结合新模型对观测到的扩张角数据进行了机理解释。介绍了所研究岩石类型的模型参数，并对参数的确定/估计提出了建议。该模型的主要优势在于其灵活性，既可用于数据匮乏的分析，也可用于数据丰富的分析，既可用于简化的实施，也可用于全面的实施。为模型的修改提供了实用指导。
(2020) Theory and Implementation of the Itasca Constitutive Model for Advanced Strain Softening (IMASS).
开发IMASS的目的是表示岩体对应力变化的反应 (即岩体屈服、模量软化、密度调整、膨胀、膨胀关闭、随单元尺寸属性变化的比例、内聚力弱化、拉力弱化和摩擦强化)。这个本构模型是利用依赖于应变属性开发的，这些属性经过调整，以反映岩体在发生塑性变形时膨胀和隆起的影响。本文讨论了 IMASS 的基本原理，以及在连续体模拟框架内使用双模式软化屈服面的改进情况。
