基于Weibull分布的岩石损伤软化模型及其修正方法研究

利用岩石微元强度服从Weibull随机分布的特点，引进能合理描述岩石微元强度的参量，基于岩石三轴应力．应变试验曲线，建立了反映岩石破裂全过程的损伤软化本构模型。在此基础上，探讨了基于Weibull分布的岩石损伤软化模型参数与围压的关系，并结合模型参数对该模型的影响规律以及岩石破裂过程全应力．应变试验曲线的特点，对其参数进行了合理修正，从而建立了更加符合实际的岩石损伤软化本构模型，并与试验结果及前人研究结果进行了对比分析。分析结果显示了该模犁的合理性，表明该模型具有广泛的工程应用前景。     

考虑渐进性破坏的岩石损伤本构模型研究

根据连续损伤理论和统计强度理论,从岩石材料内部包含大量随机分布的微裂隙等缺陷的特点出发,采用修正的Harris函数作为岩石损伤参量的数学模型,并结合Hoek-Brown准则建立能反映岩石破裂全过程的损伤本构模型。通过引入损伤系数J,较好地反映了岩石的渐进破坏特性,也在一定程度上表征了这种准脆性材料的非均匀性和各向异性。利用多元函数极值理论,并依据试验曲线的特征参量,确定出损伤本构模型参数,最后用试验数据对模型进行了验证。通过比较分析说明了该模型的合理性和可行性,在此基础上,探讨了相关参数对理论曲线与试验曲线吻合程度的影响,从而对实际工程具有一定的参考价值。     

基于损伤多重分形特征的岩石强度 Weibull 参数研究

利用多重分形计算并绘制出表征岩石三维损伤微裂纹分布复杂性的多重分形谱,引入一个表征岩石材料不均匀性、各向异性的相对分形维数,结合多重分形谱的奇异性值,对岩石实际受损状态的量化表达方法进行了探讨,并基于岩石微元强度的 Mohr-Coulomb 准则表示方法及其服从 Weibull 随机分布的特点,在本构模型中引入初始损伤分形参数,结合岩石单轴应力应变试验曲线,对不同多重分形参数下岩石强度 Weibull 参数取值规律进行了研究。结果表明：同一种岩石在不同损伤状态下,表征其强度特征的 Weibull 参数值以一定规律发生变化,且微裂纹的分布对受损岩石峰后强度造成不同程度地影响,进一步完善了岩石损伤统计本构模型。     

基于对数正态分布的岩石损伤本构模型研究

根据岩石微元物理力学性能服从随机分布的特点,采用对数正态分布作为岩石微元强度的概率分布模型,结合损伤力学理论和统计强度理论,建立了三轴压缩条件下的岩石损伤本构模型。在此基础上,考虑岩石破裂过程全应力应变曲线的特点,利用多元函数极值理论依据试验曲线的特征参量确定出损伤本构模型参数。与试验结果及前人研究结果比较,该模型形式简单,参数求取容易,能较好地反映岩石内部缺陷分布和变形特征,表征岩石破裂过程的全应力应变关系。     

岩石统计损伤本构模型及其参数反演

结合连续强度理论和统计理论,从岩石内部缺陷分布的随机性出发,建立了岩石统计损伤本构模型。分析结果表明,将岩石破坏准则作为微元强度分布变量建立统计损伤本构模型时,破坏准则的选择对建立的模型曲线和损伤岩石等效弹性模量的影响较大,因此应选取合适的岩石破坏准则。运用岩土工程反演分析方法,求解了本构模型中的统计分布参数,使所得的统计损伤本构模型能够考虑应力状态对模型曲线的影响。与前人理论曲线和试验结果的比较表明,所建立模型合理且具有工程实用价值。     

一种基于统计损伤理论的老黏土本构模型

结合Weibull理论与Drucker-Prager(D-P)准则,新建了关于老黏土压缩损伤本构模型,对典型合肥老黏土开展了三轴压缩试验,确定了Weibull统计分布的两个参数,并验证了该模型的合理性。     

考虑孔隙水压力的岩石统计损伤本构模型研究

在损伤力学理论基础上,通过有效应力原理引入孔隙水压力,结合应变等价性假说建立应力渗流耦合作用下有效应力的表达式,并假设岩石微元强度服从Weibull随机分布,构建考虑孔隙水压力的岩石统计损伤本构模型。通过试验曲线和理论曲线的对比发现该模型能较好地反映岩石在应力渗流耦合作用下应力–应变过程,表明所建模型的合理性。在此基础上,探讨孔隙水压力和模型参数、损伤特性的关系规律,对应力渗流耦合作用下岩石工程的安全性分析有较好的参考价值。     

硬脆性岩石热–力–损伤本构模型及其初步运用

热力作用下岩石本构行为的研究对深部资源开采、地热资源开发、深埋长大地下工程设施建设等岩石工程问题具有重要意义。基于现有岩石损伤劣化统计本构模型研究,引入三参量Weibull分布、热损伤、Drucker-Prager屈服准则和残余强度修正系数,经过严密的数学推导,建立了考虑岩石起裂应力的热–力–损伤本构模型,并确定了其参数表达式。采用围压25 MPa、不同温度(20℃,60℃,130℃)条件下黑云母花岗岩三轴压缩试验结果对模型进行了验证。结果表明:模型理论曲线和试验曲线具有较高的吻合度,能够客观地反映岩石热力破裂应力应变全过程和残余强度,且参数物理意义明确。最后,将本构模型嵌入FLAC数值分析软件,对瑞典APSE隧道开挖过程的热力响应进行了数值分析,计算结果较好地反映了隧道现场围岩的破坏规律。     

纤维加筋植被混凝土基材统计损伤模型研究

为研究纤维加筋植被混凝土基材的本构模型和损伤演化规律,考虑围压和纤维掺量两个因素,基于Weibull分布建立了能反映基材力学特性的统计损伤模型,给出了模型参数的确定方法,探讨了Weibull分布参数与围压、纤维掺量的关系.利用该模型对基材三轴试验结果进行对比验证;根据基材的破坏准则,推导了损伤阈值的确定方法;通过分析损...     

考虑节理裂隙尺寸与方位分布的岩石统计损伤本构模型研究

为建立细观损伤与岩石宏观变形之间的定量关系,基于岩石强度的Weibull概率分布特征,结合损伤力学理论、统计强度理论与分形理论,考虑节理裂隙尺寸为分形分布和方位为正态分布的情况,建立岩石统计损伤本构模型和损伤演化方程,分析了损伤演化途径。给出与裂隙尺寸、尺寸分形维数和产状相关的本构模型参数,讨论了模型参数的物理意义和影响因素。结合前人试验测试结果加以验证,分析了统计损伤本构模型的合理性与不足之处。     

基于统计损伤理论的莫尔-库仑岩石强度判据修正方法之研究

首先，引进基于莫尔-库仑岩石强度判据的岩石微元强度表示方法，从岩石微元强度服从Weibull随机分布的角度出发，基于岩石三轴应力-应变试验曲线建立了特定围压下反映岩石破裂全过程的损伤软化统计本构模型；然后，通过探讨岩石损伤软化统计本构模型参数与围压的关系对模型参数进行了合理修正，从而建立出更加符合实际的岩石三维损伤软化统计本构模型；最后，存此基础上，根据岩石屈服或破坏的概念，重点探讨了利用多元函数求极值的方法建立岩石强度判据的途径，从而对莫尔-库仑岩石强度判据进行了合理修正，修正后的莫尔-库仑岩石强度判据与实测结果及莫尔-库仑岩石强度判据比较表明，其具有明显的优越性。     

CO2注入引起井筒周围岩石损伤的热孔弹耦合分析

以岩石的耦合–去耦合解析为主线,在三场耦合方程中导入损伤变量,建立岩石损伤过程中的热孔弹耦合模型。通过把均质弹性介质材料的热孔弹耦合模型的有限元解同去耦合解析解的对比,验证有限元数值解的精确性。然后,利用该耦合模型研究CO2注入后井筒周围的应力状态和损伤情况。最后,针对服从Weibull分布的非均质岩石材料,研究CO2注入后非均质岩石渗流性质的改变。结果表明,超临界CO2的注入会对岩石的强度和渗透性产生影响,较高的注入速率会引起岩石的受拉破坏并导致拉伸损伤范围的扩大。非均质材料更容易发生岩石的损伤和渗透性增加。     

锚杆加固散粒体的作用机制研究

采用细观数值模拟的方法研究岩土工程中散粒体锚杆加固的作用机制,基于随机模拟技术建立加锚散粒体的三维随机颗粒模型,采用颗粒形状系数控制颗粒表面的不均匀起伏程度,基于修正的增广Lagrangian算法的非线性接触算法模拟颗粒之间、颗粒与锚固体、颗粒与承托结构的相互接触,颗粒的物理力学性质服从Weibull概率分布,采用细观损伤软化模型描述颗粒的变形和破碎。分别建立散粒体和加锚散粒体的三轴数字试样,采用位移加载来进行不同围压下的常规三轴剪切试验,研究不同加锚密度对散粒体工程力学特性的影响。数值模拟结果表明:锚杆加固的作用机制为锚固体与颗粒紧密接触、相互咬合形成摩擦阻力,承托结构形成对颗粒体的径向助力,锚杆与其附近的颗粒形成锚固区;锚杆加固能显著提高散粒体的抗剪强度和整体性,峰值主应力差提高37.8%～88.8%,初始模量提高37.4%～93.2%,内摩擦角提高13.3%～24.2%。     

准脆性材料弹性损伤分析中的概率体元建模

确定材料细观单元的材料物理力学性能的概率分布，以形成细观概率体元，是对岩石、混凝土等准脆性材料进行弹性损伤模拟分析的基础，也是基于弹性损伤模型的有限元岩石破裂过程分析系统为材料非均匀赋值的依据。通过对岩石类材料破坏过程分析中采用的Weibull分布、正态分布、类Weibull分布所作的讨论和剖析，建议采用对数正态分布作为改进方法，并从理论上对所建议的概率体元模型予以说明。通过基于各种概率分布的材料本构关系的相互对比，证明所建议的概率分布适于构造弹性损伤分析中细观概率体元，可被纳入有限元岩石破裂过程分析系统的分布类型库中，同时间接证明了采用Weibull分布是合适的，也证明了正态分布和类Weibull分布在弹性损伤概率模型中则是应当排除的。     

岩石密度分布规律研究

 采用最先进的mCT225KVFCB高精度显微CT试验系统,通过对5种岩石试件的显微CT扫描,以射线的衰减系数为目标,研究岩石颗粒密度分布规律。结果表明：岩石细观结构的密度分布整体符合韦伯分布规律,岩石细观颗粒密度分布具有明显的聚集性。90%～95%的岩石颗粒密度分布在很窄的范围,占密度值域的30%～40%。这些主要区域的颗粒密度符合正态分布。     

岩石损伤统计强度理论研究

本文从岩石微元强度服从Weibull分布的角度出发,建立了模拟岩石破裂全过程的损伤本构模型。在此基础上,根据岩石屈服或破坏的概念,重点探讨了利用多元函数求极值的方法建立岩石强度理论的途径,初步建立了一种新的岩石强度理论即岩石损伤统计强度理论及其建立方法,与实测结果及其它岩石强度理论比较表明,具有明显的优越性。     

Coupled thermo-mechanical constitutive damage model for sandstone

Underground rock dynamic disasters are becoming more severe due to the increasing depth of human operations underground. Underground temperature and pressure conditions contribute significantly to these disasters. Therefore, it is important to understand the coupled thermo-mechanical (TM) behaviour of rocks for the long-term safety and maintenance of underground tunnelling and mining. Moreover, investigation of the damage, strength and failure characteristics of rocks under triaxial stress conditions is important to avoid underground rock disasters. In this study, based on Weibull distribution and Lemaitre’s strain equivalent principle, a statistical coupled TM constitutive model for sandstone was established under high temperature and pressure conditions. The triaxial test results of sandstone under different temperature and pressure conditions were used to validate the model. The proposed model was in good agreement with the experimental results up to 600 °C. The total TM damage was decreased with increasing temperature, while it was increased with increasing confining pressure. The model’s parameters can be calculated using conventional laboratory test results.     

珊瑚砂微生物固化体单轴损伤本构模型

利用MICP技术固化南海某岛礁吹填珊瑚砂,对固化体试样进行了单轴抗压强度试验,基于损伤力学理论建立了单轴压缩条件下的固化体损伤本构模型。结果表明:利用MICP技术得到的珊瑚砂微生物固化体无侧限抗压强度均大于5 MPa,固化体单轴受压应力-应变曲线可大致分为压密阶段、弹性阶段、塑性阶段与破坏软化阶段。基于连续介质损伤力学理论,假定固化体微元强度服从双参数的Weibull分布,考虑应力-应变曲线特征进行参数简化后建立了单轴压缩条件下的损伤本构模型;模型采用经验拟合方程与损伤本构方程结合的分段函数形式,用试验资料初步验证了模型的合理性。     

非贯通节理的岩桥弱化力学模型研究

通过非贯通人工节理的直剪试验,对剪切过程中非贯通节理岩桥力学性质弱化的力学机制进行阐述,即在剪切荷载作用下岩桥内部微元发生张拉破坏导致岩桥力学性质弱化,并分析岩桥力学性质弱化区域的发展规律。在此基础上,假定岩桥微元强度服从Weibull分布,以岩桥微元的最小主应力作为岩桥微元强度随机分布变量,建立岩桥力学性质弱化模型,提出岩桥力学性质弱化度参数δ。再根据直剪试验结果,通过类比得到以剪切位移为变量的岩桥弱化力学模型,最后利用该力学模型分析非贯通节理岩桥的弱化度随参数m,u0的变化规律。分析结果表明,该模型能较好地反映剪切过程中岩桥的弱化破坏过程。