基于初始损伤系数修正的岩石损伤统计本构模型

损伤力学是解决岩石类材料变形和破裂的重要手段之一,统计损伤理论是目前岩石损伤研究的热点。针对以往岩石损伤统计本构模型的不足,引入初始损伤系数q,从一定意义上反映了岩石的非均匀性、非线性特征,同时,通过引入岩石应力应变全过程曲线特征参量,并考虑岩石应力应变全过程曲线的几何条件,解决了传统方法求解本构方程中参数的难点,提高了精度。基于取自某工程的砂岩所进行的三轴压缩试验实测结果,对所建立的岩石损伤统计本构模型进行了实验验证,并估算了q值。     

基于滑动裂纹模型的岩石损伤统计本构模型

采用滑动裂纹模型模拟岩石体内存在的缺陷,建立了基于断裂力学机理的岩石微元强度理论,并根据连续损伤力学和统计损伤理论,提出考虑损伤阈值的岩石损伤统计本构模型。根据脆性岩石的常规三轴试验结果对其进行比较验证,应力—应变曲线的理论结果与试验结果基本吻合。     

岩石破坏过程中的损伤统计本构模型

统计损伤力学是依据岩石破坏过程中的三轴试验资料反推其本构关系的一种有效手段。假定岩石微元强度服从幂函数分布的概率分布理论,将Hoek-Brown强度准则作为岩石统计分布变量,建立了岩石损伤变量演化方程和岩石在三维应力作用下的损伤统计本构模型,并用试验资料对其进行了验证。通过将理论结果和试验结果进行对比发现：该模型能够比较好的反映岩石的本构关系和破坏过程,从而说明了模型的合理性和可行性;模型分布参数R反映了岩石的强度,m反映了岩石的强度和脆性程度,但二者不是相互独立的,而是具有内在联系的。     

层状岩石损伤本构关系的研究

对常见层状复合岩石的损伤结构与本构关系进行了研究，电镜微观研究表明了其微观结构与微孔隙特征，导出各分层在不等围压、不同有效应力、不同参数及不同损伤演化过程下的三维非线性损伤本构方程与演化方程，并得到实验的较好验证。     

层状岩石损伤本构关系的研究

对常见层状复合岩石的损伤结构与本构关系进行了研究,电镜微观研究表明了其微观结构与微孔隙特征, 导出各分层在不等围压、不同有效应力、不同参数及不同损伤演化过程下的三维非线性损伤本构方程与演化方程,并得到实验的较好验证.     

基于细观损伤的岩石受压本构关系模型研究

结合岩石破坏特征,将岩石变形分解为弹性变形和由于微裂缝滑移的塑性变形两部分,由此提出一种细观损伤单元,发展了一类细观损伤物理模型,并从细观层次上解释岩石受压应力-应变关系中的非线性和应变软化现象;基于平衡和变协调条件,建立弹塑性受压本构关系模型,并建议了塑性变形的简化计算方法,利用统计损伤理论和优化算法,确定损伤演化方程,并探讨模型参数与围压的经验关系,进而建立起基于特定围压下的岩石损伤本构关系预测方法.该方法与已有试验结果相比较,结果吻合较好.     

基于统计断裂理论的混凝土本构关系的研究

以圆盘裂纹模型模拟混凝土内部的缺陷，基于统计断裂理论推导出了多轴应力下混凝土的损伤统计模型，并根据应变等价假说，建立了包含损伤的混凝土的基本本构关系。研究结果表明：混凝土中裂纹面之间的摩擦系数不同，混凝土的应力一应变曲线就不同，摩擦系数越大，混凝土的强度就越高；围压越大，混凝土的强度就越大。随着应力、应变的增大，损伤也随之增大，应力一应变关系也由线性变化为非线性；当混凝土的其他材性参数相同时，Weibull模量m越大，混凝土的强度就越小。这些均与当前研究成果相吻合。     

基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型

为了准确地模拟混凝土材料的力学性能, 从有效应力的角度出发, 基于连续损伤力学基本原理, 根据混凝土的应力-应变关系曲线 (以改进的Saenz曲线为例) , 推导出混凝土受压损伤演化方程, 建立基于应力-应变曲线的混凝土弹塑性损伤本构模型, 并且开发进入ABAQUS中;通过数值模拟与试验结果对比分析, 结果表明该本构模型可很好地描述混凝土的塑性变形、刚度退化的力学行为;对钢筋混凝土桥墩的振动台试验进行模拟, 结果表明该模型可较好地模拟地震作用下钢筋混凝土桥墩的损伤演化过程, 因此该方法建立的混凝土弹塑性损伤本构模型具有工程应用意义.     

冻融循环条件下受荷岩石的损伤本构模型

基于岩石细观结构的非均匀性,建立了冻融受荷岩石损伤扩展本构关系,通过冻融损伤、受荷损伤与总损伤3个损伤因子描述岩石材料各层次的劣化程度及损伤演化途径。通过与岩石冻融循环力学特性试验结果对比,证明所建立的模型能够很好地反映不同冻融循环次数下岩石应力应变的变化关系。     

岩石的统计损伤本构模型及临界损伤度研究

岩土工程中的岩体常处于空间应力状态下,因此,研究空间应力状态下岩石的损伤破坏机理有重要的实际工程意义。基于岩石内部缺陷分布的随机性,建立了围压和轴压共同作用下岩石的统计损伤本构模型。并通过砂岩的三轴压缩试验确定了模型里的参数,定性分析了围压对损伤度的影响。研究结果表明：（1）模型能反映围压效应,即可以体现岩石强度随围压变化的规律;并且模型参数确定方法揭示了模型参数的物理意义;（2）通过岩石的全应力-应变全曲线特征及峰值应力与应变确定模型参数,不同的围压对应着不同的参数;（3）临界损伤度与岩石所处的应力状态有关,同一种岩石在不同围压下临界损伤度是变化的;（4）由分布参数m的物理含义可知,m可以做为表征砂岩脆性的参数;1/m可以做为表征砂岩延性的参数。     

非贯通节理岩体的有效场和损伤本构关系

用有效场方法 ,统计地考虑了非贯通节理裂隙之间的相互作用 ,导出了较适合于工程计算的非贯通节理岩体的损伤本构关系 .     

基于双剪统一强度准则的岩石损伤本构模型

基于岩石微元强度概率分布理论,以双剪统一强度准则作为分布参量,建立了岩石损伤统计本构模型,并采用极值解法确定模型的参数。通过对理论曲线与试验曲线进行对比,证明所建立的模型可以很好的反映岩石的应力-应变曲线。通过对参数b、m、F0的讨论,发现b值对峰值前应力-应变曲线无明显影响,但对峰值后的软化阶段有所影响;m值的大小对峰值后的脆性有影响;F0值的大小对峰值应力或岩石强度有影响。     

Damage constitutive model for strain-softening rock based on normal distribution and its parameter determination

Firstly, using the damage model for rock based on Lemaitre hypothesis about strain equivalence, a new technique for measuring strength of rock micro-cells by adopting the Mohr-Coulomb criterion was developed, and a statistical damage evolution equation was established based on the property that strength of micro-cells is consistent with normal distribution function, through discussing the characteristics of random distributions for strength of micro-cells, then a statistical damage constitutive model that can simulate the full process of rock strain softening under specific confining pressure was set up. Secondly, a new method to determine the model parameters which can be applied to the situations under different confining pressures was proposed, by deeply studying the relations between the model parameters and characteristic parameters of the full stress-strain curve under different confining pressures. Therefore, a unified statistical damage constitutive model for rock softening which can reflect the effect of different confining pressures was set up. This model makes the physical property of model parameters explicit, contains only conventional mechanical parameters, and leads its application more convenient. Finally, the rationality of this model and its parameters-determining method were identified via comparative analyses between theoretical and experimental curves.     

考虑非贯通节理损伤演化岩体复合本构模型

非贯通节理岩体的力学特征与完整岩石相比有较大差异.为推导非贯通节理岩体在单轴压缩下的复合损伤本构模型,采用修正自洽方法考虑不同损伤变量之间的复合.从附加应变能增量和损伤应变能释放量相关联的思路出发,采用等效直线裂纹作为节理裂隙损伤演化轨迹,分别计算细观损伤、初始节理和节理裂隙损伤演化引起的附加应变能;基于Betti能量互易定理,引入自洽方法考虑节理裂隙之间的相互作用,并采用逐条添加节理的方法对传统自洽方法进行修正,得出岩体不同受力阶段细观、初始节理和节理裂隙损伤演化的复合损伤本构模型;将本构模型的理论计算结果与现有文献的室内试验结果进行对比分析,结果显示:本构模型的理论计算结果与室内试验结果规律一致,随着节理个数增加,初始弹性模量和荷载峰值均呈下降趋势,下降幅度较为一致;节理裂隙的损伤演化对岩体的力学特性有重要影响,考虑节理裂隙损伤演化的理论应力应变曲线和荷载峰值与室内试验结果更为吻合,有效验证了复合损伤本构模型的正确性与合理性.     

基于损伤本构关系的高拱坝安全度评价方法

基于损伤本构关系的非线性有限元能较为精确地模拟拱坝的实际工作性态,主要依据大坝的变形和应力分布及大小、损伤破坏情况等对坝体安全进行评价.但也存在一些问题,如以建基面相对损伤面积作为控制指标时,要先确定建基面的容许损伤范围.在介绍了损伤本构关系的基础上,提出了以大坝整体刚度不改变为基准的建基面容许相对损伤面积确定方法,为损伤本构关系用于高拱坝安全度评价的控制标准提供了一个新的思路,并以溪洛渡高拱坝为例进行了计算.     

A damage-based constitutive model for rock under impacting load

Using the Splitting Hopkinson Pressure Bar (SHPB) experimental system, investigations were made into the dynamic mechanical performances of underground soft rocks. The experiments proved that the measured stress–strain curves display the characteristics of plastic deformation. By making use of a revised overstress constitutive formula for the stress model and by taking into account that the strain rate and strain are a function of 1 − E(t)/E₀, a revised overstress constitutive formula for the stress model was simplified by applying dimensional analysis and consequently, a simplified overstress formula was obtained for the stress model. Then, by taking into consideration the effects of damage under a dynamic load on the dynamic loading strength of the rock, the continuous damage theory and the statistical strength theory were introduced into the development of the simplified overstress constitutive formula for the stress model. Hence, a damage-based constitutive formula for an overstress model, which can be appropriately applied to the analysis of full dynamic stress–strain curves, was developed. By using the simplified damage-based constitutive formula for an overstress model, the actually measured curves are fitted, indicating that the fitting curves and those actually measured are in good agreement.     

不同倾角节理岩体损伤演化特征分析

为研究节理倾角对岩体损伤的影响规律,运用损伤力学理论建立考虑节理与荷载共同作用的岩体损伤演化模型及损伤本构模型;通过单弱面理论对模型试验进行验证,同时探讨节理岩体损伤演化特征.结果表明:单弱面理论结果与试验结果较为吻合,模型试验能较好地表征含单一结构面的岩体在荷载作用下的力学特征及损伤演化规律;当节理倾角从0增大到90°过程中,初始节理损伤先增后减,在倾角为60°时至最大值,总体呈倒"U"型分布规律;不同倾角节理岩体总损伤演化规律基本一致,均呈"S"型分布规律,先缓慢增加,而后快速增加,最后再缓慢增加其值趋于1;节理倾角只影响总损伤率数值大小不影响其演化规律,总损伤率随应变增加呈正态分布;总损伤率受控于节理面分布规律,当节理倾角从0增大至90°的过程中,总损伤率先减小后增大.     

Statistical damage constitutive model for concrete materials under uniaxial compression

According to the damage mechanism of concrete material during the uniaxial compressive failure process,this paper further establishes the statistical damage constitutive model of concrete subjected to uniaxial compressive stress based on the statistical damage model under uniaxial tension. The damage evolution law in the direction subjected to pressure is confirmed by the tensile damage evolution process of lateral deformation due to the Poisson effect,and then the compressive stress-strain relationship is defined. The peak nominal stress state and the critical state occurring in the macro longitudinal distributed splitting cracks are distinguished. The whole loading process can be divided into the even damage phase and the local breakage phase. The concrete specimen is divided into the failure process zone and the resting unloading zone. The size effects during the local breakage phase under the uniaxial monotonic compressive process and the hysteretic phenomenon under the cyclic compressive loading process are analyzed. Finally,the comparison between theoretical results and experimental results preliminarily verifies the rationality and feasibility of understanding the failure mechanism of concrete through the statistical damage constitutional law.     

超声波测试法在混凝土非局部损伤本构模型中的应用

用超声波测试法得到了以混凝土材料参数与声波波速表征的混凝土损伤参量 .将该参量非局部化后代入非局部损伤本构方程中得到混凝土非局部应力与应变关系曲线 ,其方程为一维状态下的混凝土非局部损伤本构模型 .尝试用超声波测试所得的混凝土损伤参数 ,为该问题的解决提供一种方法 ,实验结果表明该方法是可行的 .