静载荷与循环冲击组合作用下岩石损伤本构模型研究.doc

静载荷与循环冲击组合作用下岩石损伤本构模型研究多数岩体工程在爆破施工的情况下,围岩受到的是静载荷与循环冲击的组合,两者共同影响着岩体动态疲劳力学性能。目前,对三维静载荷与循环冲击组合作用下岩石的本构模型研究较少。本文将统计损伤模型和粘弹性模型相结合,经过理论分析和数学推导得出具有静载荷时粘弹性组合体的损伤本构关系。对本构关系中各参数随循环冲击次数的变化关系进行了探究,建立静载荷与循环冲击组合作用下岩石损伤本构模型。通过不同静应力下砂岩的循环冲击试验结果检验模型是否合理。最后探讨了模型中参数对岩石疲劳动态力学特性的影响。全文的主要研究内容和结论成果如下:(1)运用SHPB试验系统,开展了不同静应力组合情况下岩石循环冲击试验,得到了一些岩石动态疲劳力学特性,为建立和验证岩石动态本构模型奠定了基础。(2)在损伤力学和统计强度理论的基础上,从统计学的角度确定基于Weibull分布的统计损伤变量,将岩石单元认为是粘缸体bη和损伤体aD并联而成的组合体,结合Drucker-Prager破坏准则,形成了静载荷与循环冲击组合作用下粘弹性损伤体的本构模型。并对损伤本构模型中所得本构曲线与试验所得本构曲线相比较,以检验所建模型的正确性。(3)在已建立的统计损伤本构模型的基础上,开展了对本构模型参数的探讨,研究了不同静载下本构模型中参数的变化规律,同时分析了损伤本构模型中不同参数的变化对其的影响。在循环冲击过程中,岩石的黏性系数在不断减小,非均匀度则在不断增加,其抵抗冲击载荷的能力在不断弱化。围压不变轴压增大时,岩石的不均匀程度增长迅速,黏性系数的减小趋势也在加剧,轴压的增大加速了岩石的破坏。(4)岩石的动态峰值强度随着循环冲击次数的增加在不断降低,体现了岩石的疲劳特性。同时其峰值应力的减小趋势也随着轴压的增大而加剧。岩石在冲击状态下的峰值强度劣化趋势较其在循环静载状态下峰值强度的劣化趋势更加陡峭,尤其是在最后的几次循环中,峰值强度的劣化幅度最为显著。(5)在循环冲击过程中,岩石的弹性模量、黏性系数等参数的变化很容易改变岩石的应力-应变曲线的形态,对损伤本构模型的影响较大,而摩擦角和泊松比等则对损伤本构模型的影响较小。