层状岩体损伤演化与应变关系的研究
岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理研究
岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理研究1.引言岩石是地球壳的重要组成部分，其力学性质的研究对于地质工程和地质灾害防治具有重要意义。
岩石动力学是研究岩石在外部荷载作用下的变形、破坏和演化规律的学科，其研究内容涉及岩石的物理特性、损伤本构模型和破坏机理等方面。
本文旨在探讨岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理的研究现状和发展趋势。
2.岩石动力学特征岩石的力学性质受其岩石类型、组成、结构和成因等因素的影响。
常见的岩石类型包括花岗岩、页岩、砂岩等。
这些岩石在外部荷载作用下表现出不同的变形和破坏特征。
例如，花岗岩具有高强度和硬度，但其脆性较大；而页岩和砂岩具有较低的强度和硬度，但具有一定的韧性。
岩石的物理特性也对其动力学特征产生重要影响。
例如，岩石的孔隙度、透水性和裂隙结构等都会影响岩石的变形和破坏规律。
此外，岩石的应力-应变关系、黏弹性特征和损伤演化规律也是岩石动力学研究的重要内容。
3.含损伤本构模型损伤是岩石在荷载作用下的重要物理现象，其产生和发展会导致岩石的强度和变形性能发生变化。
因此，研究岩石的含损伤本构模型对于预测岩体的变形和破坏具有重要意义。
目前，常用的岩石损伤模型包括线性损伤模型、非线性损伤模型和渐进损伤模型等。
这些模型通过描述岩石的损伤演化规律和应力-应变关系，可以有效地预测岩石在不同荷载作用下的力学性能。
例如，线性损伤模型假设岩石中的微裂隙呈线性分布，通过引入损伤参数来描述岩石的剪切强度和弹性模量等性质的变化规律；非线性损伤模型则考虑岩石中微裂隙的非线性行为，可以更准确地描述岩石的变形和破坏过程。
4.破坏机理岩石的破坏是岩石动力学研究的核心问题之一。
研究岩石的破坏机理可以帮助我们深入理解岩石在荷载作用下的变形和破坏规律，从而指导工程实践中的岩土工程设计和地质灾害防治工作。
岩石的破坏机理包括岩石的微观破坏过程和宏观破坏特征。
微观破坏过程主要指岩石内部微裂隙的扩展和聚集过程，其发展规律决定了岩石的宏观破坏特征。
岩石类材料应变梯度损伤模型研究及应用
为应 变梯 度 张量 ，Ａ 为 六 阶梯 度相 关 弹性 张 量 ，Ａ； ＝ｚＤ “ ｍ
收 稿 日期 ：２ ０ ． ３２ ０ １０ ． ０ 基 金项 目 ：国 家 自然 科 学 基 金 资助 项 目 ５ ９ ９ ９ ） ９ ３ １０
其 中 ｈ为 Ｋ ｏｅｋｒ ； 为 附加 ｒ ｃｅ ｎ
对 岩石 类 材料 局 部化 破坏 的研究 表 明 ，材料 在发生 破 坏 时 ，往 往 不会 产 生 很 明显 的塑 性 屈服 ，而 是 由于 内部微 裂 隙 、微空 洞 等缺 陷 的扩展 和 连 通使 材 料刚 度 降低 ，非 线性 变 形 积 累 ，最 终 造 成材 料 局 部 化损 伤 和破 坏 。在剪 切 带 内部 ，常 常发 现 有较 大 的应 变梯 度 存 在 “ 。传 统 模 型 由 于忽 略 了应变 梯 度项 的 影 响 ，不能 准确 描 述 局部化 破 坏 的机 制 。而 且在 使 用有 限元 方 法进 行数 值 模 拟 时 ，会 遇到模 拟 结果 对 网格 划 分 的依赖 性 问题 。本 文 基 于应 变梯 度 理论 ，考 虑 应变 梯 度项 对 整个 应 力场 和 位 移 场 的
（ ）ｄ 为使用 附加 内变 量 描述 材 料 硬化 特 性 的量 ；ｚ 材 料 内 部 长度 因子 ，量 纲 为 长 为
度 量 纲 ，对 于 岩石 、混凝 土 等材 料 ，材料 内部 长度 因子 主要 与其 内部 的不 均 匀微 结 构 如微 裂 隙 、微孔 洞 、材 料 颗 粒 大小 等有 关 。文献 ［ ］通 过 对 冲击 地 压下 煤 岩 岩 爆 现 象 的试 验 研 究 曾经 得 到煤 岩 的 内 ６ 部 长 度 因子 为 ｚ ０ ５ ｒ ．３ ｍ，砂 岩岩 体 的 内部 长度 因 子 ｚ 。７ ｍ ａ 一０ ４ ｍ 。研 究 表 明其 它较 硬 岩 体 的 内 部 长度
岩体损伤与破坏过程研究
土工程 中的力学 行为 。 由于 在 大量 的实 际工程 中普
—Ｐ段近 似呈 线性 关 系 ， Ｐ—ｂ段 的 曲率 稍 大 于 ａ 而 —Ｐ段 ， 着 载 荷 的增 加 ， 随 变形 增 加 ， 石 试 件 有 所 岩
压 缩 。结合 上 述岩样 电镜 观察 分 析 ， 时造 成 类 似 此
上 凹形 ， 力 随应 变 的增 加 而逐 渐 加 速 增 长 ， 中 ａ 应 其
隙、 微裂纹或多相夹杂物等 ， 构成岩石的矿物 晶体也
会 呈 多种形 态 。层 状 岩 体 由多形 态 微 空 隙 、 矿 物 多 种类 、 多相 、 多构 造 、 多碎 块状 及 呈层 状等 构成 ， 内 其 部 受力 与变 形更 为 复 杂 ， 必 将 影 响 岩 石 在 各 种 岩 这
ｂ
罨 ５ Ｏ
４０ ３ Ｏ
２ ０
１ Ｏ Ｏ
０ １ ２ ３
ｅ ＝１ － ０３
４
５
６
７
● ● ｌ ●
● ● ● ●
图 １ 岩 石 的微 结 构单 元 模 型
图 ２ 岩 石 单 轴 压 缩 加 载 试 验 应 力 应 变 曲线
维普资讯
第２ 第６ ６卷 期
ｖ Ｊ ６． ． ０． ２ Ｎｏ ６
西 华 大 学 学 报
・ 自 然 科
学 版
２０ ０ ７年 １ 月 １
Ｎｏ ． ０ ７ ｖ２ｏ
Ｊ ｕ ａ ｏ ｈ ａ Ｕ ｉｅｓｙ 。Ｎａｕａ ｃｅ ｃ ｏｒｌ ｆ ｎ Ｘｉｕ ｎｖｒｉ ｔ ｔｒｌＳ ｉｎ ｅ
西华 大学学 报 ・ 自然科学 版
２ 年 ｏ
致使岩石弹性模量增加 。 第二 阶段 为 ｂ～Ｃ ， ｂ点起 ， 段 从 曲线 弯 曲方 向 转变 ， 点为拐点 ， ｂ Ｃ ｂ 使 ～ 段呈下 凹形 ， 即应力增加 速率不增反降。此时 ， 岩石 内部晶体结构产生损伤 开始和扩展， 其后期累积演化到不可逆严重损伤 ， 晶
单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究
单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究一、本文概述本文旨在深入研究单轴压缩下岩石损伤演化的细观机理，并探讨其对应的本构模型。
通过对岩石在单轴压缩过程中的微观破坏行为进行详细分析，揭示岩石损伤演化的内在机制，进而建立能够准确描述岩石力学行为的本构模型。
这一研究对于理解岩石的力学特性、预测岩石工程的稳定性和优化岩石工程设计具有重要意义。
在概述部分，本文将首先介绍单轴压缩试验的基本原理和方法，以及其在岩石力学研究中的应用。
随后，将概述岩石损伤演化的基本概念和研究现状，包括岩石损伤演化的定义、分类、影响因素等。
在此基础上，本文将提出研究目的和意义，明确研究内容和方法，并简要介绍论文的结构和主要研究成果。
通过本文的研究，我们期望能够深入理解岩石在单轴压缩下的损伤演化过程，揭示其细观机理，并建立相应的本构模型。
这将有助于我们更好地预测和控制岩石工程的稳定性和安全性，为岩石工程的设计、施工和维护提供科学依据。
二、单轴压缩岩石损伤演化细观机理在单轴压缩条件下，岩石的损伤演化细观机理是一个复杂而关键的科学问题。
单轴压缩是指岩石在单一轴向压力下发生的变形和破坏过程，它是岩石力学中最基本也是最重要的试验手段之一。
在这个过程中，岩石内部的微裂纹、微孔洞等损伤会不断演化，最终导致岩石的宏观破坏。
岩石在单轴压缩过程中，由于其内部存在的非均匀性和初始损伤，会导致应力分布的不均匀。
在应力集中区域，微裂纹会首先产生并扩展。
这些微裂纹的扩展方向往往与最大主应力方向一致，形成所谓的“翼裂纹”。
随着应力的增加，微裂纹会不断扩展、连接，形成宏观裂纹，导致岩石的整体强度降低。
岩石的损伤演化过程中还伴随着能量的耗散和释放。
在微裂纹产生和扩展的过程中，会消耗一部分外部输入的能量，并以热能的形式释放出来。
同时，岩石内部的损伤还会导致其弹性模量、泊松比等力学参数的降低，进一步影响岩石的应力-应变关系。
岩石的损伤演化还受到多种因素的影响，如岩石的矿物成分、颗粒大小、孔隙率、温度、压力等。
三维层状复合岩石损伤本构关系的研究
于是 ，可 得层状 岩石任 一 分层 ， 的微 结构 三维 损伤
１
ｆ
演化 方程 为
ｒ
图 ３ 岩石 的微 结构 单元模型
Ｆｇ ３ Ｍ ｏ ｅ ｆｏ ｋｍｉｒ ｓｒｃｕｅｕ ｉ ｉ ｄ ｌ ｃ ｃｏ ｔ ｔｒ ｎｔ ｏ ｒ ｕ
Ｍ ａ ， ２ ｏ ｙ ０２
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三维层状复合岩石损伤本构关系的研 究
刘 立 邱 贤德 阎宗岭
重庆 ４０ ４ ００ ４ 重庆 太学 资源 及环 境科 学学 院西 南资杯 开发 及环 境炎 害控制 工程 教育 部重 点实 验室
摘要
对常 见层状复合岩石的损伤 结构与本构关系进行 丁研究，电镜微观研究表明了其微观结构与微孔隙特 征 导
一
自
式 中： ， 分别为分层 岩打体积 和 复合岩石 总体 积 。式（） ４中的有 效应 力 由 ｒ 确 定 ： 式
：
图 ４ 岩石微结构单元破坏模 型 “
Ｆ ｇ ４ Ｄａ ｇ ｄ ｌ ｆ ｏ ｋｍ ｉｒｓｒ ｃｕｅｕ ｉ ｉ． ｍａ ｅｍｏ ｅ ｒ ｃ ｃｏｔｕ ｔ ｒ ｎｔ ｏ
维网状矿物 晶体 结构间 的空隙，其形状各异 。因此 ， 岩石结构成为不完全的连续介质体 岩石在微观上 可将 其 看作 由无 数矿 物 品体微元件 构成川，形成 三
维 网状 结构 ，其 问为岩 石 的微 孔隙和微 裂纹 。 由此 可 以建立岩 石 的微结 构单 元模 型 ，见 图 ３ 。 这 是三 维网状岩石微 结构体 的基本单 元的一个 断面 ，由它可形成无数 的三维 结构体 。当给 岩石施 加载荷时 ，其 加载初期可 看作 由弹性微元 件构成 。
岩石破坏应变准则
岩石破坏应变准则岩石破坏应变准则是指在岩石受到外力作用下，岩石内部发生应变，当应变达到一定程度时，岩石就会发生破坏。
这个准则是岩石力学中非常重要的一个概念，对于岩石工程和地质灾害防治都有着重要的意义。
岩石破坏应变准则是基于岩石的本构关系和破坏准则建立的。
岩石的本构关系是指岩石在受到外力作用下的应力和应变之间的关系。
而破坏准则则是指岩石在受到一定应力作用下，达到一定应变时，就会发生破坏。
岩石的本构关系是非线性的，即岩石的应力和应变之间的关系不是简单的比例关系。
在岩石受到外力作用下，岩石内部会发生弹性变形和塑性变形。
弹性变形是指岩石在受到外力作用下，会发生短暂的变形，当外力消失时，岩石会恢复原状。
而塑性变形则是指岩石在受到外力作用下，会发生永久性的变形，当外力消失时，岩石无法恢复原状。
当岩石受到外力作用时，岩石内部会发生应变。
应变是指岩石内部的变形程度。
当应变达到一定程度时，岩石就会发生破坏。
岩石的破坏准则有很多种，常见的有莫尔-库伦破坏准则、德拉克-普鲁克破坏准则、霍克斯-普鲁克破坏准则等。
莫尔-库伦破坏准则是指当岩石内部的剪应力达到一定值时，岩石就会发生破坏。
德拉克-普鲁克破坏准则是指当岩石内部的应力状态达到一定条件时，岩石就会发生破坏。
霍克斯-普鲁克破坏准则是指当岩石内部的应力状态达到一定条件时，岩石就会发生破坏。
在岩石工程和地质灾害防治中，岩石破坏应变准则是非常重要的。
通过对岩石的破坏应变准则的研究，可以预测岩石的破坏形式和破坏时间，为岩石工程和地质灾害防治提供科学依据。
同时，对于岩石的破坏应变准则的研究，也可以为岩石力学的发展提供重要的参考。
岩石热损伤微观机制与宏观物理力学性质演变特征研究以典型岩石为例
岩石热损伤微观机制与宏观物理力学性质演变特征研究以典型岩石为例一、本文概述岩石，作为地球的重要组成部分，承载着地壳的稳定性和地形的形成。
然而，在地质活动、地热资源开发和工程建设中，岩石经常受到高温环境的影响，产生热损伤。
这种热损伤不仅影响岩石的微观结构，还进一步影响其宏观物理力学性质，从而对工程安全和地质环境稳定性产生深远影响。
因此，研究岩石热损伤的微观机制与宏观物理力学性质的演变特征，对于理解岩石在热环境下的行为规律，预测和防治地热资源开发和工程建设中的地质灾害，具有重要的理论价值和现实意义。
本文旨在以典型岩石为例，深入探讨岩石热损伤的微观机制，揭示其宏观物理力学性质随温度变化的演变特征。
通过结合实验研究、理论分析和数值模拟等手段，我们期望能够建立一个全面的岩石热损伤演化模型，为地热资源开发和工程建设提供科学的理论依据和技术支持。
本文还期望通过揭示岩石热损伤的微观机制，为岩石力学的相关研究提供新的视角和思路。
二、岩石热损伤微观机制研究岩石热损伤是指岩石在高温环境下，由于热应力、热膨胀和热化学反应等作用，导致岩石内部产生损伤和破坏的现象。
这种损伤不仅影响岩石的物理力学性质，还可能引发地质灾害。
因此，深入研究岩石热损伤的微观机制，对于理解岩石在高温下的行为特征，以及预测和防治相关地质灾害具有重要意义。
在微观尺度上，岩石热损伤主要表现为矿物颗粒间的热应力破裂、矿物颗粒的热膨胀破裂以及热化学反应引起的损伤。
这些微观损伤随着温度的升高而逐渐累积，最终导致岩石的整体力学性质发生变化。
矿物颗粒间的热应力破裂是由于岩石内部不同矿物颗粒的热膨胀系数不同，在高温下产生热应力，当热应力超过矿物颗粒间的结合力时，就会发生破裂。
这种破裂形式在岩石中表现为微裂纹的产生和扩展。
矿物颗粒的热膨胀破裂是指矿物颗粒本身在高温下发生热膨胀，当热膨胀超过矿物颗粒的弹性极限时，就会发生破裂。
这种破裂形式在岩石中表现为矿物颗粒的破碎和重新排列。
层状岩体断裂破坏特殊现象及机制分析
第25卷 增2岩石力学与工程学报 V ol.25 Supp.22006年10月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，2006收稿日期：2005–10–13；修回日期：2005–12–19基金项目：国家自然科学基金资助项目(40472145)；国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412705)作者简介：黎立云(1959–)，女，1982年毕业于中南矿冶学院基础部力学师资班，现任副教授、硕士生导师，主要从事岩石断裂与强度方面的教学与研究工作。
E-mail ：ly..li @层状岩体断裂破坏特殊现象及机制分析黎立云1，宁海龙1，刘志宝1，佘云龙1，刘大安2，付敬辉1(1. 中国矿业大学 力学与建筑工程学院，北京 100083；2. 中国科学院 地质与地球物理研究所，北京 100029)摘要：对某水电站左岸边坡层状泥岩进行了强度试验研究，同时对裂纹垂直于层面及平行于层面这两种基本情形也进行了断裂试验研究。
由于此层状岩体在强度方面表现出明显的正交各向异性，导致其在裂纹扩展方面表现出明显的特殊性，如I 型及I –II 复合型裂纹的剪切起裂扩展，锯齿状的裂纹扩展路径等等。
此外，通过断裂力学及有限元方法对破坏机制进行了论证分析。
由计算所得的K I 和K II 数值解，得到了裂纹垂直于层面时此泥板岩的临界断裂曲线。
通过试验及理论探讨，为裂纹与层面斜交这一工程普遍情形的分析提供了基础，所得相关结论及临界断裂曲线也可为层状岩体边坡工程的结构面相关参数取值提供依据。
关键词：岩石力学；层状岩体；强度破坏；裂纹扩展；特殊现象；数值计算中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)增2–3933–06SPECIAL PHENOMENA OF FRACTURE AND MECHANISM ANALYSIS OFLAYERED ROCK MASSLI Liyun 1，NING Hailong 1，LIU Zhibao 1，SHE Yunlong 1，LIU Da ′an 2，FU Jinghui 1(1. School of Mechanics and Civil Engineering ，China University of Mining and Technology ，Beijing 100083，China ；2. Institute of Geology and Geophysics ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100029，China )Abstract ：The strength experimental investigations on layered mud rock mass have been conducted. For the two basic situations where the crack is vertical to layered rock mass and parallel to layers ，the experimental studies on crack fracture initiation in the layered rock mass have been carried out. Due to the obvious orthogonal aeolotropy in strength ，the layered rock mass displays obvious particularities in crack fracture initiation ，for example ，the shear expanding in pure model I and mixed model I –II crack tips ，winding propagation routes. In addition ，the fracture mechanism has been analyzed using fracture mechanics and finite element method. The critical fracture curve when cracks are vertical to the layered rock mass has also been obtained by using numerical values K I and K II . The experimental research and the theoretical discussion may provide a foundation for the usual situation analysis when cracks are inclined to layered rock mass. The results and the critical fracture curve can provide references to layered rock mass slope projects.Key words ：rock mechanics ；layered rock mass ；strength failure ；fracture propagation ；special phenomenon ；numerical calculation1 引 言层状岩体是工程中大量遇到的岩体，是一种结构性很强的岩体，材料性能表现为各向异性，在强度方面，显示出与均匀材料很不相同的特性。
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式中 ω a 为 ε
K 2 为待定材料特征常数
有各自的初始晶格结构 将确定相应的曲线斜率和 轨迹 曲线 bc 段为二次函数关系
σ =σc −
(ε − ε c ) 2 m
(εb
ε
1 引 言
层状岩体在结构构造上非常复杂 其形成过程
在微观结构上也会形成微孔隙 物等
构成岩石的矿物晶体也会呈多种形态
岩体由多形态微空隙 多矿物种类 多相 多构造 多碎块状及呈层状等构成 其内部受力与变形更为 复杂 这必将影响岩石在各种岩土工程中的力学行
经历了漫长的地质时代 遭受了各种地壳运动 地 质变迁和自然作用 使各种岩石在结构构造上有较
σ / MPa
a
ε / 10
3
图4 Fig.4
岩石单轴压缩加载试验应力–应变曲线
Stress-strain curves of uniaxial compressive test of rock
根据整个试验过程及所测得的应力–应变数
图2 Fig.2 13 岩样电镜照片
#
据 将整个加载损伤及破坏过程分为 3 个阶段 第一阶段为 ab 段 此段曲线整体呈微上凹形
图5 Fig.5 损伤–应变曲线 Damage-strain curve
破坏范围加大
4 岩石的本构关系与演化方程
以上述试验测试数据所形成的轨迹特征为基 础 结合岩石微结构分析及损伤理论 运用回归计 算方法 可得到在此整个加载损伤与破坏过程中的 应力与应变的解析关系 曲线 ab 段为双曲函数关系
建立损伤演化方程如下
3 岩石微结构模型及损伤特征
根据岩样电镜照片 可建立如图 3 所示的加载 初期岩石微结构网状模型 成 它由若干弹性晶体构 其间空间为岩石的微孔隙
本文对地下岩层岩样运用损伤力学等方法就其
损伤演化及破坏规律进行了试验研究 并对层状岩 体特性进行了探讨分析
2 岩石的初始构造特征
所用试验岩样根据课题要求 样 经保护性封装运抵实验室 岩和灰岩 有方解石 用钻机取芯和人 其中主要含有细砂
而层状岩体常由多种岩石组成 具有重要实际意义
化及破坏机制对实际工程设计及ห้องสมุดไป่ตู้稳定性与安全性 对于有关层状岩体的特征及其
[1 7]
数量及分布特征反
应用 一些学者进行了富有成果的研究 数等方面对岩层进行了研究与探讨 展
分别
映了岩石原始形成状态 应力历史及初始损伤状态
从剪切破坏 弯曲变形 铰接拱变形 静态力学参 取得了不少进
四川 成都
摘要 运用电子显微镜研究了岩石的微观结构 描述岩石受载过程中初期近似呈线性 损伤演化与破坏特征及其稳定性 坏 除与加载大小 关 因此 关键词 岩石力学 速率等有关外 微结构
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 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 研究结果表明 层状岩体的损伤萌生与扩展直到破 各亚层的内部微结构特性等有 还与各亚层损伤演化规律 本构方程 文献标识码 A 文章编号 1000–6915(2006)02–0350–05 载荷与层面夹角 解释岩石损伤演化的规律
致使岩石弹性模量有一定增加值 造成新的弹性晶体并联效应 有所提高
载荷 使晶体 C D 进一步靠近时 点 b 发生接触 从而使应力增加速率
第二阶段为 bc 段 从点 b 起 曲线弯曲方向转 变 点 b 为拐点 使 bc 段呈下凹形 即应力增加速 率不增反降 此时岩石内部晶体结构产生损伤开始 和扩展 其后期累积演化到严重的不可逆损伤 晶 格及结合面发生断裂 分离 位错等 这是岩石从 微损伤扩展到宏观破坏的前期过程 第三阶段为 cq 段 是应力从最高点 c 向下迅速 跌落的过程 此间岩石应变继续加大 但应力值却 急剧下降 当继续增加外载荷 低 此时岩石试件损伤迅速扩展 扩大成宏观裂纹面 应力即迅速释放降 损伤微裂纹迅速
现场整体岩层受其影响是显著的 损伤演化 TU 452 TD 313
中图分类号
RESEARCH ON RELATION BETWEEN DAMAGE EVOLUTION AND STRAIN OF STRATIFIED ROCK
LIU Li ZHU Wen-xi LU Jun-fu
(School of Architecture and Civil Engineering
SEM photo of rock sample No.13
万方数据
• 352 •
岩石力学与工程学报
2006 年
应力随应变的增加而逐渐加速增长 其中 ap 段近 似呈线性关系 而 pb 段的曲率稍大于 ap 段 随着 载荷的增加 变形增加 岩石试件有所压缩 结合 上述岩样电镜观察分析 此时造成类似于岩石微结 构模型中晶体 C D 相互靠近 即岩石内某些微孔 隙变形 闭合 其中某些晶格之间发生接触和挤压 产生 弹簧并联 效应 即 (1) 当继续增加
第 25 卷 第 2 期 2005 年 2 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.25 No.2 Feb. 2005
层状岩体损伤演化与应变关系的研究
刘 立 朱文喜 路军富 梁 伟 李
610039)
月
(西华大学 建筑与土木工程学院
LIANG Wei LI Yue
Sichuan 610039 China)
Xihua University Chengdu
Abstract The microstructure of rock is researched by means of scanning electron microscope(SEM) and a damage model of rock microstructure is proposed. The damage evolvement and breakage process of stratified rock are studied and the constitutive equations and damage equations are established. The damage variable and damage enlarging variable are used to set up the equations for the whole evolvement of damage and to describe the initial approximate linearity and later accelerating process in rock mass. The damage evolvement and breakage process of rock mass are divided into three phases. The damage evolvement breakage characteristics and stability of stratified rock are analyzed and the regularity of damage evolution of rock is explained. The research shows that the appearance and breakage of stratified rock are related not only to load and its rate but also to the regularity of damage evolution of each rock bedding the angle of load with stratified rock and the microstructure characteristics of rock. Therefore the influence on the in-situ stratified rock is remarkable. Key words rock mechanics microstructure damage evolution constitutive equations 大的差别 其中有层理 节理 片理等构造缺陷 微裂纹或多相夹杂 层状
ω + Kε a A ω = ω b + B exp ε − ε b + exp(−5.3) B (ε (ε
εb ) ε b ) (5)
σ = ε /( K 2 + K1ε )
式中
K1
(ε
εb )
(2) 不同岩石具
ε b 的岩石初始损伤值 可用微观观 测 统计 分析等方法确定 多数岩石的 ω a 很小 K 为与加载方式及岩石微结构特征等有关的曲线 ab
εc )
(3)
ω a 若加 载后产生了微小损伤 则 K ≠ 0 且为一量值很小的 系数 取值范围为 0 K 1 损伤与应力有类似的 关系曲线
式(5)中 ε
此时 ω b
式中 m 为岩石损伤扩展系数 它决定了损伤发展
σc 石破坏时对应的应力和应变值 曲线 cd 段为幂指函数关系
过程 σ - ε 曲线 bc 段的曲率
万方数据
第 25 卷
第2期
刘
立等. 层状岩体损伤演化与应变关系的研究
• 351 •
为
由于在大量的实际工程中普遍存在层状岩体 研究它们的损伤演
中可见密集微孔隙群和微节理网 小而薄弱 构成密集网状晶格结构 其大小 各自不同矿物晶格及不同微尺寸 构造的三维网格构成
晶体之间结合细 由于岩石是由 不同形态 不同