华南理工大学学报(自然科学版)

作者：胡涛涛, 刘可萌, 赵玉龙, 李浩, 高咸超, 王磊

单位：1.长安大学 公路学院，陕西 西安 7100642.长安大学 陕西省公路桥梁与隧道重点实验室，陕西 西安 7100643.西安科技大学 建筑与土木工程学院，陕西 西安 710054

关键词：炭质板岩,含水率,损伤,改进西原模型,UMAT子程序

基金：国家自然科学基金项目(52378388);陕西省重点研发计划项目(2025SF-YBXM-554);陕西省公路桥梁与隧道重点实验室（长安大学）水平提升项目(QLYSD2024K07);长安大学中央高校基本科研业务费专项资金项目(300102213211);长安大学青年学者学科交叉团队建设项目(300104240912)

为探究炭质板岩在不同含水率条件下的蠕变特性，该文基于室内分级加载蠕变试验数据，通过非线性黏性元件与表征屈服特性的塑性元件并联，构建了可描述蠕变全过程中非线性加速蠕变阶段的黏塑性体；进而将该非线性黏塑性体与经典西原模型串联，结合弹性模量和黏性系数的软化规律引入了4个损伤因子，建立了能描述不同含水率条件下炭质板岩蠕变全过程的损伤蠕变本构模型（即改进的西原模型）；通过ABAQUS有限元软件进行用户自定义材料子程序（UMAT）二次开发，实现了不同含水率条件下炭质板岩三轴蠕变试验的数值模拟，并通过对比岩样蠕变试验与数值模拟结果，验证了模型的适用性。研究结果表明：所构建的改进西原模型能显著提升加速蠕变阶段的模拟精度，不同含水率工况下的分级加载蠕变试验曲线与数值模拟曲线吻合良好，相关系数均大于0.9；数值模拟云图准确复现了不同含水率岩样的蠕变变形演化过程，验证了所提考虑含水损伤的炭质板岩蠕变本构模型及UMAT子程序开发的正确性与有效性。该研究成果可为富水深埋炭质板岩隧道工程的长期稳定性评估与灾害预警提供理论支撑。

来源：2026年第2期

《华南理工大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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