横观各向同性板岩三轴力学特性及其本构模型

板岩属于典型的横观各向同性材料,其物理力学特性具有明显的方向性。对5种不同层理夹角板岩试样进行2组围压(5 MPa和10 MPa)下的三轴试验,试验结果表明：三轴压缩下不同层理角度板岩的峰值强度、残余强度均随围压的增大而增大,但试验范围内的围压对其径向变形的影响有限,岩石试样弹性阶段的轴向应变增大了17%,径向应变增大了6%;岩石三轴峰值强度、残余强度与层理夹角呈非线性关系,水平层理夹角试样的峰值强度最大,45°层理夹角试样的峰值强度最小,60°层理夹角试样的残余强度最小。板岩最小主应力与岩体层理面的夹角会因开挖后的应力重分布而发生改变,在考虑其力学特性和层理夹角关系的基础上,建立了板岩横观各向同性弹塑性本构模型,通过整体坐标系中的广义胡克定律描述岩石应力-应变关系的弹性部分,计算得到整体坐标系中的弹性刚度矩阵;采用改进后的Mohr-Coulomb屈服准则、非关联流动法则和应变硬化准则描述其塑性部分。本构模型所需的材料参数(如弹性参数,塑性参数)通过常规三轴试验获得,采用FORTRAN语言对UMAT子程序进行二次开发,在ABAQUS中实现了板岩弹塑性本构模型的构建,并将理论模型所得结果与三轴试验结果进行对比,发现所构建的横观各向同性板岩弹塑性本构模型是合理的。