1 引言

IMASS代表著Itasca Constitutive Model for Advanced Strain Softening (IMASS)，它是Itasca咨詢公司正在試驗的一個高級應變軟化模型，用來模擬巖體開挖引起圍巖的損傷程度，特別是由爆炸引起的巖體損傷。IMASS模型最初應用在崩落采礦巖石破碎的研究。這個筆記簡要討論了IMASS在邊坡穩(wěn)定性分析中的應用。之所以重新回顧這個模型，是因為發(fā)現在計算單元位移時結果好像不正確，目前還檢查不出是哪個環(huán)節(jié)出了問題。

IMASS---FLAC3D和3DEC新的本構模型(1)

IMASS---FLAC3D和3DEC新的本構模型(2)

IMASS---FLAC3D和3DEC新的本構模型(3)

IMASS---FLAC3D和3DEC新的本構模型(4)

2 IMASS的理論背景

IMASS模型合并了Hoek-Brown巖體強度峰值(Peak Strength)包絡線和兩個軟化(殘余)屈服包絡線，如下圖所示。兩個軟化(或殘余)屈服包絡線表示巖體的兩階段軟化行為，區(qū)分巖體的損傷(由斷裂和相關的粘結力和抗拉強度損失引起)和后續(xù)擾動(由于體積膨脹)。峰值強度包絡線(紅色曲線)由廣義Hoek-Brown準則定義，兩個殘余包絡線描述了無內聚力、完全摩擦，具有不同的互鎖程度材料的行為。第一個殘余包絡線代表了巖石峰值后(Post-peak)的強度（虛線，藍色曲線）。此時假定巖體已發(fā)生裂縫，但所產生的巖石碎片仍是完全互鎖的，孔隙率為零。第二個殘余包絡線代表巖體的極限殘余強度(Ultimate Strength)(綠色曲線)。此時，巖石碎片的互鎖程度達到最低，孔隙率最大(高達40%)。

IMASS巖體的應力-應變行為響應如右圖所示，該圖顯示了巖體從峰值到峰值后，再到極限強度之間的軟化/弱化尺度。第一階段是從峰值到峰值后。在這一階段，由于應力變化導致完整巖石斷裂，破壞由累積的塑性剪切應變引起。一旦巖體達到 "臨界塑性剪切應變"，且其強度等于峰值后的強度，則第一階段結束。第二階段是從峰值后到極限強度。在這一階段，額外的應變和擾動導致巖塊重新排列，孔隙度(高達40%)和滲透性顯著增加，累積的體積應變導致強度損失。當巖體達到 "最大體積應變 "時，第二階段結束。此時巖體已達到其極限殘余強度，其強度不會隨著額外的應變而進一步發(fā)展。

3 FLAC3D使用IMASS模型

為了調用IMASS模型，FLAC3D使用如下命令：

model config imasszone cmodel assign imass

模型輸入的參數有六個：

(1) 巖石密度;

(2) Hoek-Brown準則中的GSI；

(3) 原巖單軸抗壓強度UCS；

(4) Hoek-Brown準則中的材料常數mi;

(5) 原巖的模量;

(6) 臨界塑性剪應變系數。

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 邊坡穩(wěn)定性分析

使用Hoek-Brown本構模型計算邊坡穩(wěn)定性，通常需要預定義巖體的損傷，使用擾動因子(D因子)和假設巖體的彈性-完全塑性行為來表示邊坡面由于爆破和應力松弛(可延伸至坡面后30%的邊坡高度)引起的強度減弱。在IMASS中，由于考慮了巖體峰值和后峰值強度包絡線，因此可以模擬巖體發(fā)生塑性變形時在這些包絡線之間的應變軟化，這就消除了根據主觀的D因子來預定義坡面的破壞程度。