温度作用下岩石力学行为研究的现状

近些年来,国内外学者大量研究了温度对岩石力学行为的影响。论文对温度作用下岩石物理特性、力学特性、损伤以及本构理论的研究现状进行了归纳总结。研究温度对岩石力学行为的影响对核废料存储、深部岩体工程以及地下资源的开发与利用等重大工程具有十分重要的现实意义。     

冻融与荷载耦合作用下岩石损伤模型的研究

 针对寒区工程结构的冻融受荷岩石,提出冻融损伤、受荷损伤与总损伤的概念,拓展损伤变量的内涵;以岩石的初始损伤状态为基准状态,充分考虑岩石细观结构的非均匀性,运用损伤力学理论及推广后的应变等价原理,建立冻融受荷岩石损伤模型;通过损伤变量及本构方程来描述岩石材料细观结构的损伤演化及其宏观损伤行为,与岩石实际冻融破坏情况符合较好。研究结果表明：寒区工程结构的受荷岩石,其力学性能由冻融因子、荷载因子及其耦合效应所决定;冻融与荷载的共同作用使岩石总损伤加剧,并表现出明显的非线性特征,而其耦合效应使总损伤有所弱化;岩石的岩性和初始损伤状态确定各影响因素的权重,表现出不同的损伤扩展特性;相比而言,砂岩对冻融循环更敏感,而受荷损伤最终导致页岩破坏。     

岩石损伤力学模型及其本构方程的探讨

１ 问题的提出 图１为典型的岩石应力－应变特性曲线［１］,其斜率随着应变的增大逐渐增大,至Ａ点后保持不变,到Ｂ点后又逐渐减小,在Ｃ点达到极大值,之后斜率为负,最终保持一定的残余强度（Ｄ点）,在应力不变条件下应变可无限增大。前人在研究岩石应力－应变曲线的基础上提出了许多岩石力学模型,以确定岩石的本构关系。如线弹性模型、理想弹塑性模型、双线性模型、多线性模型、双曲线模型、幂强化模型、应变软化模型等［１］。这些模型在一定范围内能反应岩石的应力－应变特性,有一定的工程应用范围。但是与岩石全应力－应变曲线相…     

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。     

岩石连续损伤本构方程

本文将连续损伤与裂纹系统弹性体的有效模量这两个分离的研究领域统一起来加以考虑,将损伤对材料性质的影响分成实际应力的变化和弹性常数的变化两部分,在Ｄｒｕｃｋｅｒ公设基础上建立了损伤演化律和损伤本构模型,初步计算表明,本模型在主要方面能够描述岩石的力学性质,并与一般实验事实相吻合。     

拉伸状态下充填体损伤演化及本构方程研究

1引言抗拉强度是充填体的重要力学性能之一。充填体中存在有微裂隙,如裂纹、气泡、孔穴和离析等,这些内部的微观缺陷或不连续现象对充填体宏观力学性能起决定性作用。对于矿山胶结充填体的内部微开裂和由微开裂引起的各类力学行为的研究很少。为计算和预测安庆铜矿大体积充填体     

层状岩体损伤演化与应变关系的研究

运用电子显微镜研究了岩石的微观结构，提出岩石微结构损伤模型：对层状岩体进行损伤演化与破坏过程的研究，建立本构方程与损伤演化方程；引入损伤变量及损伤扩展系数，建立符合岩体整个损伤演化过程的方程，描述岩石受载过程中初期近似呈线性，随后加速的过程。将岩体损伤与破坏过程分为3个阶段，分析层状岩体的损伤演化与破坏特征及其稳定性，解释岩石损伤演化的规律。研究结果表明：层状岩体的损伤萌生与扩展直到破坏，除与加载大小、速率等有关外，还与各亚层损伤演化规律、载荷与层面夹角、各亚层的内部微结构特性等有关。因此，现场整体岩层受其影响是显著的。     

冻融循环条件下混凝土损伤规律研究

冻融循环是建筑结构体在外界环境温度变化下,引起结构体内部含水率变化从而引发结构体内部孔隙扩展结构受损的现象。作为我国北方地区普遍存在的环境变化现象,直接关系到结构体的安全与稳定。鉴于此,拟通过试验研究冻融循环次数对混凝土质量损失率及力学行为的影响规律,并同时考虑受荷和冻融影响下的混凝土损伤本构方程,以期为相关研究提供理论支撑。     

岩石损伤流变理论模型研究

分析了岩石的多孔隙特性、强度实验的全应力-应变曲线、蠕变特性曲线和松弛特性曲线.提出两条基本假定在极慢速度加载过程中,损伤与外界所做的功成正比;损伤的速率和内平衡状态下的损伤与实际损伤之差成正比.推导了适合于任何应变不减小的加载和卸载过程的损伤演化统一微分方程.给出了几种情况下的计算特性曲线,不仅曲线形状与实测曲线相同,而且在定量关系上也与实际相符,这充分说明了假设的合理性和损伤演化方程的正确性.该损伤演化方程只有三个材料常数,而且这三个常数都可以很容易地根据实验数据确定.该方程对于认识岩石的力学性质有重要意义,对岩石力学的发展及各种岩石工程实际问题的解决都有重要的推动作用.     

脆性岩石冲击损伤模型研究

探讨了脆性岩石动态损伤演化规律;基于实验结果,通过引入损伤能量耗散率的波衰减系数的关系,运用能量法则建立了动态损伤演化方程;构造了一个反映岩石冲击压缩、拉伸损伤的理论模型。     

脆性裂隙围岩的损伤力学分析及现场监测研究

我国西南地区许多水电站基岩为脆性围岩或位于高地应力区。其地下式厂房洞群边墙经常出现较深的开裂区。采用断裂和损伤力学模型结合现场监测工作来研究此现象。该模型可考虑多组节理中裂隙面的各种几何损伤参数。根据应变等效假设可得到基于莫尔-库仑准则的损伤本构方程。运用断裂力学原理分析岩体在开挖过程中原有裂隙产生次生裂纹的现象,推导出岩桥贯通的破坏准则和损伤演化方程并将前述的模型程序化。再运用该新的分析程序对一个水电站洞群工程进行稳定性分析。最后,运用该工程现场监测数据得到的围岩松弛开裂区深度与程序推算的结果做比较,说明二者的劈裂区发育规律很相近。     

地震荷载作用下坝及其岩基的脆性动力损伤分析

将损伤、渗流及孔隙率演化等相互耦合的有效应力概念引入Mohr-Coulomb破坏准则，对岩石类的脆性材料建立了一种动力损伤破坏的模型，并应用该模型对地震荷载作用下的坝和岩基的破坏过程进行了脆性动力损伤分析。这种方法从连续损伤力学的观点研究了岩体结构在动力荷载作用下脆性损伤．破坏的突变机理。结果表明，损伤会在坝与岩基的上游坡的结合处由于应力集中而明显地增长。在硬岩基上的坝内，损伤发展比软岩基上灵敏。     

脆性岩石损伤力学分析与岩爆损伤能量指数

在大量试验研究和理论分析的基础上，建立起岩石弹脆性损伤力学模型，在此基础上分析了岩石能量储存、耗散以及转换过程。提出了岩爆损伤能量指数的概念，从能量角度建立起岩爆发生的岩性判别条件     

节理岩体脆弹性断裂损伤模型及其工程应用

根据Ｂｅｔｔｉ能量互易定理并考虑节理裂纹扩展过程中的能量转换和节理裂纹扩展过程中的相互作用建立了裂隙岩体的损伤演化方程和三维脆弹性断裂损伤本构模型,并将该本构模型应用于三峡船闸高边坡,进行了边坡裂隙岩体开挖卸荷稳定三维非线性有限元计算,获得了比较理想的结果。     

脆性岩石损伤与热传导特性的细观力学模型

 基于均匀化方法给出低孔隙率脆性岩石在热–力耦合荷载作用条件下的各向异性损伤模型和有效热传导特性模型。其中,损伤模型可考虑非等温条件下裂纹的法向压缩变形、刚度恢复以及裂纹的滑动剪胀特性,热传导特性模型可反映损伤过程中细观结构的演化以及裂纹形态、孔隙率和饱和度变化对岩石有效热传导特性的影响。讨论低孔隙率结晶岩裂纹形态和饱和度对其有效热传导特性的影响;采用瑞典Äspö闪长岩在三轴压缩条件下的应力–应变曲线验证损伤模型的有效性,并分析岩石在损伤演化过程中裂纹体积率、密度、形态、饱和度和有效热传导特性的演化规律。研究成果对于深部岩体的热–力耦合特性研究具有一定参考意义。     

岩体损伤-弹塑性非线性有限元分析

 根据岩体破坏的特点, 在不同三维应力水平上分别用正交各向异性非线弹性损伤、弹塑性及三轴破坏强度准则, 研究了在受拉区损伤2开裂、在受压区损伤2塑性、在拉压区损伤2塑性2开裂破坏, 以及开裂后的非线性破坏特性。为确定结构的潜在安全度提供了新的途径。     

脆性岩石损伤断裂机理分析与试验研究

为了探讨渗透水压力对脆性岩石损伤劣化的影响，及脆性岩石变形过程中渗透特性的变化规律，分别取三峡船闸高边坡花岗岩和山西万家寨水电站灰岩进行不同应力状态的全应力-应变过程渗透性对比试验，然后将其岩石破坏断裂断口进行微观扫描电镜试验。试验结果反映出脆性岩石破坏前后渗透特性具有明显差异，从而也表明渗透水压力对岩石裂隙张开度与扩展变形起到一定程度的加剧作用。通过不同层次的试验研究与理论分析，给出了渗透水压作用下岩石破裂产生的微观破坏力学机制，为进一步分析暴雨入渗状态下水压急剧上升与聚降对裂隙岩体高边坡失稳的机理提供了可靠的试验依据。     

脆性岩石的细观裂纹损伤及其时效特征

本文在单调加载和恒载蠕变条件下进行了脆性岩石损伤动态全过程的细观试验．研究了细观裂纹的形式、发展及其损伤效应．探讨了断裂过程区的细观裂纹损伤特性．结果表明．细观裂纹是导致脆性岩石损伤极其重要而基本的因索．且具有显著的时效特征．在此基础上．将细观裂纹几何参数与岩石宏观力学参量相联系，分别建立了脆性岩石在单调加载和蠕变条件下的细观裂纹掏伤模型．并作了相应验证．