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考虑初始空隙压密的岩石变形全过程本构模型

2022-04-21李修磊陈洪凯张金浩

西南交通大学学报 2022年2期
关键词:变形模型

李修磊 ,陈洪凯 ,张金浩

(1. 重庆交通大学山区公路水运交通地质减灾重庆市高校重点实验室, 重庆 400074;2. 重庆交通大学土木工程学院, 重庆 400074)

岩石由于内部大量随机分布的微孔隙、微裂纹等初始缺陷,使得其力学性质和破坏机制变得非常复杂. 为了研究岩石的力学变形特性,国外学者对各类岩石(砂岩、花岗岩、大理岩、页岩等)开展了大量单轴和三轴试验研究[1-4],结果表明,岩石的变形破坏特征对围压具有很强的依赖性,构建合理描述岩石变形破坏过程的本构模型是岩石力学研究的主要内容之一.

基于试验研究,许多学者对岩石的力学变形特性进行了大量的理论研究,也建立了相应的本构关系. Krajcinovic 等[5]首次将连续损伤和统计强度理论引入到岩石力学与破坏机制的研究中,随后国内外学者[6-10]也相继建立了一系列的岩石统计损伤模型,基于Lemaitre应变的等价理论[11]认为岩石损伤的本质是其内部形成缺陷(如空洞、裂隙等),而缺陷的承载能力几乎为0. 但该类模型有两个方面的不足:一是无法反映荷载应力较小时岩石的非线性弹性变形;二是难以准确描述岩石变形峰值强度后残余强度阶段的变形特征. 针对以上两方面不足,曹文贵等[12-13]基于微元强度的概念,认为微元强度服从Weibull随机分布,且微元损伤后以残余强度的形式承担荷载,考虑岩石破坏后的残余强度变形特征,提出了能够模拟岩石峰值后破坏变形特征的损伤统计模型;刘冬桥等[14]依据三轴试验结果提出了岩石损伤变量的演化方程,基于微元强度概念发展了相应的损伤本构模型,用于描述岩石的应变软化;……

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