基于Mohr-Coulomb准则的岩石损伤统计分析方法研究

从探讨基于Mohr-Coulomb准则的新的岩石微元强度表示方法及其服从Weibull随机分布的特点出发,基于岩石三轴应力应变试验曲线,建立了反映岩石破裂全过程的损伤软化统计本构模型．在此基础上,重点研究了Weibull分布参数对岩石损伤软化统计本构模型的影响,并结合岩石三轴应力应变试验曲线的特征,对岩石损伤软化统计本构模型进行了合理修正．与试验结果及前人研究结果比较,该模型形式简单,能更好地反映工程实际,具有广阔的应用前景。     

岩石统计损伤本构模型与试验

基于Mohr-Coulomb破坏准则以及岩石微元强度服从Weibull函数随机分布假设,通过有效应力原理引入孔隙水压力,构建了新的统计损伤本构模型,该模型可以考虑孔隙体积变化和损伤阀值的影响。此外,提出了一种新的岩石微元强度计算方法。为使模型参数具有明确的物理意义,采用应力~应变曲线峰值点强度确定模型参数m和F0。采用砂岩常规三轴压缩试验对本构模型的合理性进行验证,并在此基础上,分析岩石损伤演化、孔隙率变化规律,探讨围压对模型参数的影响。结果表明,该模型能够较好地反映岩石三轴应力~应变关系。     

基于对数正态分布的岩石损伤统计分析方法研究

以Mohr强度理论为基础,利用岩石微元强度服从对数正态随机分布的特点,得到了三轴压缩条件下的岩石损伤统计本构模型,并根据试验曲线采用最小二乘法确定出模型参数.与试验结果比较,该模型可以很好地模拟岩石破裂过程的全应力应变关系,真实反映了岩石软化特性、岩石强度随围压变化等特性.在此基础上,讨论了对数正态参数F0,S0对岩石应力应变全过程曲线的影响.结果表明,参数F0值的变化对岩石的强度有影响;参数S0值的变化对岩石的脆性有影响.     

基于最大拉应变理论的岩石损伤机理

以岩石内部微元体为研究对象,研究了在宏观应力作用下微元体的应力分布特点.将微元体应力的分布按正态分布考虑,结合最大拉应变强度准则,提出岩石微元体破坏的控制条件是最大拉应变.据此建立了微元体的三种破坏方式,研究了不同破坏方式对岩石承载能力的影响,推导出各破坏方式发生的条件及概率,并将微元体的三种破坏与三个方向的损伤因子联系起来,实现了细观与宏观的结合.在此基础上,建立了考虑各向损伤异性的岩石损伤本构模型,推导了参数的求解方法.最后对该模型的合理性进行了验证,发现利用该模型能够很好地解释不同应力条件下岩石的破坏方式以及围压对岩石峰值强度和残余强度的影响规律.     

基于甘肃玉门花岗岩的岩石统计损伤模型研究

为研究不同围压作用下岩石损伤演化行为,基于玉门花岗岩三轴试验,获取了花岗岩的应力-应变曲线,分析了其力学性能随围压变化的规律;基于现有岩石损伤模型,假定岩石微元体强度服从Weibull分布,考虑损伤阈值,引入修正残余影响的强度系数,并采用指数(EXP)强度准则描述微元体破坏,建立能够反映岩石三轴压缩全过程应力-应变关系的统计损伤模型。基于花岗岩试验,将建立的本构模型理论曲线与试验曲线及D-P模型曲线进行对比,结果显示EXP模型能够反映岩石三轴全应力-应变曲线特征,且在峰后残余段较D-P模型有更好效果。     

岩石动态破裂全过程曲线测试的研究

介绍了一种测定岩石动态荷载-位移全过程曲线的实验技术。该方法采用长杆自由下落冲击圆柱形岩石试件。通过对杆端荷载的测量,并基于长杆条件下荷载、位移及落高之间存在的定量关系,进行了位移计算,从而得到荷载-位移全过程曲线。文中给出了三种岩石的动态荷载-位移全过程曲线。     

岩石破坏全过程的CT细观损伤演化机理动态分析

利用最新研制的与CT机配套的专用加载设备,进行了三轴(单轴)荷载作用下岩石破坏全过程的细观损伤扩展规律的动态CT(Computerized Tomography)试验.得到了在不同荷载作用下岩石从微孔洞被压密到微裂纹萌生、分叉、发展、断裂、破坏直到卸载等各个阶段清晰的CT图像.对得到的CT数等数据进行了分析,给出了应力损伤门槛值,得到损伤扩展的初步规律.     

岩石空隙变化及其变形全过程的统计损伤模拟方法

针对因空隙(包括初始和次生空隙)变化引起岩石变形呈现高度非线性的特征,首先将岩石视为由颗粒骨架和空隙两部分组成,并采用宏观与微观分析相结合的方法,建立岩石应力与应变分别在宏观与微观方面的关系,从而揭示空隙岩石变形力学机理,为模拟岩石变形全过程奠定了基础;然后,在此研究基础上依据Lemaitre应变等价性原理,建立考虑空隙变化影响的新型岩石损伤模型,引入统计损伤理论进而建立能够模拟岩石变形全过程的统计损伤本构模型并给出了参数确定方法.该模型不仅能反映岩石的应变软化特性,而且还能反映因空隙压缩引起的岩石变形的非线性特征;最后,通过实例分析,将本文及同类模型的理论曲线与实测曲线进行对比分析,表明了本文模型与方法的合理性与优越性.     

岩石变形全过程冻融损伤模型及其参数

寒区岩石受到荷载及冻融循环的作用,考虑岩石微元破坏的特点,将其简化为冻融损伤、受荷损伤及未损伤3部分组成。基于损伤力学理论,通过探讨冻融损伤变量、受荷损伤变量以及总损伤变量之间的关系,假定岩石微元破坏符合D-P准则,建立冻融与荷载作用下考虑残余强度的岩石损伤本构模型,并由冻融砂岩力学特性试验验证其合理性; 在此基础上探讨了模型参数对岩石损伤本构关系的影响。结果表明:不同冻融次数及围压作用下的模型理论曲线与试验曲线较为吻合,较好地描述了岩石变形的全过程; 模型参数对岩石损伤前及破坏后残余段的应力应变曲线几乎没有影响,但对损伤阶段的影响较大。研究成果将会对寒区岩石损伤演化认知具有较好的参考价值。     

岩石连续损伤统计本构模型

基于岩石微元强度概率分布理论，以Drucker-Prager破坏准则为统计分布变量，建立了理论的岩石损伤变量演化方程和三轴条件下岩石损伤弹性统计本构模型。利用任意条件下的三轴试验数据，用曲线拟合法和极值法求解了所建模型的参数，并用试验结果对所建模型进行了验证。模型计算结果与试验结果吻合较好，这说明用Drucker-Prager准则为统计分布变量建立的损伤模型能够较好地反映岩石内部缺陷分布和变形特征，表征岩石材料在弹性阶段的本构关系。     

岩石连续损伤统计本构模型

基于岩石微元强度概率分布理论 ,以Drucker Prager破坏准则为统计分布变量 ,建立了理论的岩石损伤变量演化方程和三轴条件下岩石损伤弹性统计本构模型。利用任意条件下的三轴试验数据 ,用曲线拟合法和极值法求解了所建模型的参数 ,并用试验结果对所建模型进行了验证。模型计算结果与试验结果吻合较好 ,这说明用Drucker Prager准则为统计分布变量建立的损伤模型能够较好地反映岩石内部缺陷分布和变形特征 ,表征岩石材料在弹性阶段的本构关系。     

断续节理岩石破坏过程数值模拟研究

采用岩石破裂过程分析RFPA^2D系统，通过对岩石断续节理在压剪荷载作用下的声发射和位移特性进行数值分析，研究岩石断续节理的破坏过程。数值模拟显示了试件的破坏过程、试件破坏所表现的声发射特征以及不同节理角对岩石破坏过程的影响。研究表明，岩石断续节理破坏过程具有几个明显的不同阶段，节理的倾角对破坏过程具有明显的影响。     

岩石工程系统破坏的弱场控制探讨

岩石工程系统的破坏发生在系统相对最薄弱部位和环节，系统的弱场控制着岩石工程的承载力。在建立弱场控制概念的基础上，提出了强度问题的弱场控制原理及其发生判据，利用数值分析和红外监测实验相结合的研究方法，探讨了含梯形孔洞混凝土试件弱场控制的演化过程及对应的破坏现象，证实岩石工程系统的弱场是岩石结构与外力相互作用的结果，弱场是岩石工程系统破坏的控制区域。     

岩石受拉破坏的数值模拟方法

为了研究原始岩石介质的不连续及破坏后形成的不连续面,以岩石拉破坏的理论为基础,利用有限元方法引入裂张单元的概念,给出了岩石拉张破裂的四个判据,给出了裂张单元的原理,通过简支梁、中心有孔洞的薄板及巴西盘的具体实例,得出用裂张单元可以实现岩石破裂过程的模拟：岩石破裂后裂纹周围应力状态分布发生改变,需要重新调整。     

疲劳载荷下路面的统计损伤和失效研究

从损伤力学的角度出发,基于路面材料应力应变试验曲线建立了反映路面破坏全过程的统计损伤演化模型和统计损伤本构方程,并对路面统计损伤变量进行了合理修正,使之更适合一般情况。同时分析了疲劳过程中路面强度退化情况及疲劳失效条件,得出路面疲劳失效应与路面损伤程度和应力水平两个因素有关。并根据疲劳过程中材料强度退化的事实及其规律,提出了随机载荷下路面的疲劳失效概率计算思路。以此为路面的预测和评价,及优化养护决策,使之获得更好的使用价值和经济效果提供参考。     

岩石非均质性对其峰值应力后弱化过程的影响

通过非均质数值模拟试验,研究了非均质参数m与岩石峰后弱化模量Y的相关关系,表明m与Y间服从关系式:(式中的系数是与岩石的物理力学参数有关的量).说明岩石破坏时损伤变量的值受到非均质参数m取值的影响,且随着m值的增加,损伤变量减小;解释了岩石破坏的渐变过程,并从能量的角度分析了岩石破坏过程中弹性能的集聚和释放,能量的集聚、释放与岩石的非均质性有着密切的联系,随着非均质参数m值的增加,岩石破坏前所集聚的弹性能会显著地增加,发生岩爆的几率也增大.     

顺层岩质边坡变形破坏特征及稳定性数值模拟

针对顺层岩质边坡岩层结构面倾角θ和边坡角α两个参数,采用离散单元法研究了不同工况下总计270个边坡模型的变形破坏特征,统计得到不同变形破坏模式对应的岩层结构面倾角θ与边坡角α的范围,并基于强度折减法研究了两个参数与边坡稳定性的关系,揭示了顺层岩质边坡变形破坏机制及稳定性特征. 研究结果表明:依据边坡变形破坏特征,提出了四种顺层岩质边坡变形破坏模式,即坡脚沿岩层结构面的滑移-剪切破坏,坡顶沿岩层结构面的滑动-剪切破坏,岩层下缘弯曲-剪切破坏,以及岩层上缘翻折-拉裂破坏. 在此基础上,分析并归纳了这四种模式的产状、变形特征以及可能的破坏模式等一般规律. 边坡安全系数fs随结构面倾角θ的增大先减小后增大,在减小过程中达到最小值后迅速上升,然后变缓回落.边坡安全系数fs随结构面倾角θ变化过程中,当θ约等于α-7. 3°时,fs取得最小值,此时对应的边坡稳定性最差.     

Influence of Damage Evolution on the Failure Surface of Concrete

0 IntroductionTihse a f agilruardeu aolf pcroonccerseste wshuibcjhec itsed ditfofe ernenvitr ofrnommentthale afcatiilounrespatternin general strengthtest .The change of material statescaused by the damage evolution will affect the concretestrengthin a certain kind of concrete.For years ,domestic studies have focused on the effect ofabominable environmental factors on mechanical property ofconcrete,and have resulted in some achievements[1-12]. Thestudies of some current research results reveal …