非贯通裂隙岩体复合损伤本构模型研究.doc

非贯通裂隙岩体复合损伤本构模型研究断裂力学主要是针对含有内部裂纹的均质材料,研究其在外荷载作用下内部裂纹的扩展规律,用断裂力学来研究岩石的破坏问题在某些特定条件下是适合的,但它无法描述分布极不均匀的微裂纹和微裂隙等几何不连续缺陷。引入宏观损伤张量可以描述宏观裂隙对岩石造成的初始宏观缺陷,同样没有考虑岩石内部微裂隙分布的随机性。基于统计细观损伤力学的研究方法能通过用一定假设条件下的概率分布函数来描述岩样内部存在的微损伤,描述岩样内部微损伤随外部荷载变化的统计演化方程也能被确定。这种研究方法建立了描述细观损伤和宏观荷载之间的桥梁,描述完整岩石较为合适,但不能描述同时含有宏细观不同尺度缺陷裂隙岩体。本文以非贯通裂隙岩体为研究对象,基于宏细观损伤耦合建立损伤本构模型,用于裂隙岩体强度和变形的分析、预测。将宏细观损伤耦合计算方法应用到寒区节理岩体,并对寒区节理岩体的风化程度进行预测。本文主要研究成果如下：(1)单轴压缩下所提出的基于宏细观缺陷耦合的复合损伤模型既能反映完整岩石的变形和强度,又能刻画非贯通裂隙的主要几何、力学特征和试件的尺寸效应。模型能比较全面地考虑非贯通裂隙岩体的宏观损伤和细观受荷行为,克服了以往宏观损伤变量需要引入传压系数和传剪系数的不足,以及利用无限大板理论进行计算带来的误差。(2)在此基础上针对常规三轴压缩所提出的三维损伤模型能较好地描述裂隙岩样峰前应力应变行为。利用模型讨论了不同围压下裂隙岩体宏细观缺陷对岩石力学性质的影响规律,结果表明宏细观缺陷对岩石力学特性的影响具有明显的围压效应。(3)针对寒区节理岩体所提出的冻融受荷复合损伤变量可以较好地反映节理岩体的冻融损伤特性。当冻融循环对节理岩体峰值应变影响较小时,由完整岩石冻融循环下的单轴抗压强度和节理岩体未冻融时的力学参数,可以对冻融循环条件下节理岩体的风化程度做出合理预测。