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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在邊坡穩定性分析中的應用。

3 應變軟化模擬結果使用應變軟化模型(block zone cmodel assign strain-softening)試驗《壓縮試驗模擬考慮的幾個問題(本構模型和NMD算法)》中的例子，可以看出，應力峰值之前的響應與Mohr-Coulomb模型相同，但峰值之后的應力顯現出軟化行為，累計的塑性剪切應變導致了巖石從峰值到殘余值的軟化。

本文基于泥巖的三軸壓縮試驗曲線，建立考慮應變軟化特性的泥巖彈塑性本構模型，使用Abaqus及其子程序對泥巖的三軸壓縮試驗進行了數值模擬。泥巖在受壓過程中主要經過了5個階段，即壓密階段、彈性變 形、應變硬化、應變軟化、殘余階段。泥巖應變軟化模型如下所示。式中，ξ為強度參數，ξp為峰值強度參數，ξr為殘余階段強度參數，η為應變軟化參數，η*為殘余階段的應變軟化參數初始值。

本文使用應變軟化模型IMASS檢驗這個試驗得出的結論。

在模型構建中，除考慮土體強度隨埋深的變化外，還引入了 應變軟化 與 應變率效應 兩個關鍵因素。應變軟化反映了土體在達到峰值強度后強度逐漸降低的特性，對預測貫入阻力和樁周土體擾動范圍具有重要意義。而應變率效應則考慮了土體在高速加載下強度和剛度隨加載速率的增加而提高的規律。這兩者在樁貫入問題中往往是同時存在的：軟化決定了樁入土后的長期穩定性，速率效應則主導了瞬時的動力響應。

4 應變軟化歷史上，巖石應變軟化來自于采礦工程礦柱穩定性和自然崩落法礦石破碎的研究【應變軟化模型(Strain-Softening and IMASS)；應變軟化的礦柱穩定性(Pillar Stability with IMASS Model)---寬高比對礦柱強度的影響；應變軟化模型IMASS邊坡穩定性分析】。

</p><p>以某海上風機項目為背景，為節約計算資源，建立了1/8模型。</p><p>附件包含CAE模型、應變軟化與應變率效應子程序，以及包含CEL法的建模、材料屬性設置、接觸關系設置等的資料以及一個演示視頻。

概念性模型vs數值模型后來發展的IMASS應變軟化模型數值地表征和擴展了上述的崩落概念性模型，包括:(1) 巖石粘結力和抗拉強度弱化以及摩擦力增強。當巖體變形時，強度從原位峰值降低到殘余值。一般來說，塊狀至中等節理的巖塊會因斷裂及相關的粘結力和抗拉強度損失而弱化，但由于斷裂巖塊的空間重排和孔隙度增加，塊體之間的摩擦運動和體積膨脹等因素的綜合作用，導致了摩檫力增強。

1 引言數值模擬的其中一個用途是做仿真試驗(巖石力學---從物理試驗到數值試驗)，通過數值地改變巖石試件的幾何形狀，材料性質和加載條件，來觀察巖石的應力應變行為。

<p><strong>【注意】本貼子只包含子程序文件</strong></p><p>基于<a href="https://www.yqgqt.org.cn/qa/6302" rel="noopener noreferrer" target="_blank">abaqus子程序</a>VUSDFLD編寫的由Einav與Randolph提出的西澳模型，用于求解軟黏土體劇烈變形后的強度變化，可應用于的大變形計算

研究表明，尺寸效應與虛擬網格尺寸敏感度一樣，會出現在因應變軟化而破壞的所有結構，包括由于壓縮或剪切造成的混凝土破壞。以往在含有應變軟化本構模型的有限元分析中，網格尺寸敏感度問題在文獻中很少報道，主要因為很少利用應變空間的塑性公式或損傷力學公式來 進行有限元計算。

第三，熱軟化函數中指數參數取 4 時，能夠較好描述 AA5754 的溫度軟化行為。第四，溫度相關彈性常數雖然在大塑性應變階段影響有限，但會明顯影響彈性加載、初始屈服和回彈相關問題。基于該模型思想，后續可以設計一個數值案例：建立 FCC 多晶 RVE，在不同溫度下進行單軸拉伸或模擬，對比等溫條件、外部溫度場條件以及考慮熱軟化后的應力-應變響應。

一方面，在孿生主導塑性條件下，孿晶激活演化過程中應力-應變曲線存在明顯的應力突降現象，即孿生軟化效應；另一方面，孿晶阻礙位錯運動使得晶體材料在塑性變形過程中表現出強化現象。

基于煤破壞峰后軟化行為，軟化損傷模型比脆性模型更適用煤。相場法模型應用在彈性模量與強度比較低的巖石壓裂過程中，很容易出現模型不收斂現象。相場法主要用在彈模比較大的且以張拉破壞為主的巖石壓裂過程中，對于軟煤可能存在失效的問題。 RFPA比較適用于脆性巖石的壓裂或者破壞，模擬出來的效果也比較好，但是應用在煤的壓裂時，形成的裂縫很寬，并不能很好的反映壓裂效果。

圖4 巖石破壞截面圖（單位：MPa)圖5 應力-應變曲線圖從模型提取巖石應力-應變曲線（圖5）,巖石抗壓強度峰值為3.23 MPa,此時峰值應變為0.033。巖石在早期受壓的過程中,巖石內部裂隙閉合,基體壓密。在此階段,巖石變形較小。隨后,巖石處于彈性變形階段（OA階段）。隨著荷載的增加,巖石發生非線性變形。巖石裂隙周邊基體逐漸達到抗壓強度,并發生破壞。

研究結論：1、基于三軸壓縮巖石力學實驗分析可知，蘆草溝組含油頁巖在軸向載荷未達到峰值強度時，試樣主要呈現為彈性變形，峰值強度后，應力隨應變迅即跌落，其變形破壞呈現出顯著的脆性特征; 且層理、微裂縫等結構面發育以及低圍壓條件都將加劇巖石破壞的碎裂程度。具備壓裂改造形成復雜縫網的內在地質力學條件。

對比圖2-5等效塑性區分布可以發現，流固耦合計算后斜坡坡腳發生了較大塑性應變，導致了斜坡坡腳出現破壞，誘發了滑坡。由此說明地下水對斜坡的作用集中在斜坡坡腳。地下水在對斜坡坡腳作用過程中軟化了巖土體，弱化了巖土體的物理力學性質，降低了斜坡抗滑力，最終誘發了滑坡，與滑坡實際情況基本符合。

對標Ls-dyna的雙線性塑性材料模型MAT-24，考慮失效應變這一個斷裂指標。

RHT模型由HJC模型發展而來，不僅引入了偏應力張量第三不變量對破壞面的影響，還引入了3個極限面（彈性極限面、殘余強度面和失效面），綜合反映材料的壓縮和拉伸破壞、應變率效應、應變硬化和應力軟化等現象，能夠更為全面地反映脆性材料在不同應力狀態下的動態力學行為，特別適合巖石（尤其是硬巖）爆破模擬等非線性動力沖擊等大變形、高應變率問題。