石灰岩损伤演化的化学热力学及动力学模型

隧道开挖排水后 ,地下水动力学及化学环境的改变可能使石灰岩围岩化学损伤的演进过程加速 ,为定量化评价此作用 ,引入了化学热力学和化学动力学的理论和方法 .建立化学热力学模型 ,通过吉布斯自由能变化判定隧道水化学损伤能否自发进行 ,为在工程中是否需要考虑化学损伤及进行损伤场的计算提供依据 .将轻微改造后的裂隙概化为平行板模型 ,采用Plummer Wigley Parkhurst方程建立定量评价化学损伤的化学动力学模型 .根据实际情况取定化学反应的阶数 ,通过质量守恒定律计算出裂纹在迹长及隙宽方向的变化 ,得到化学损伤定量演化的公式 .     

压剪耦合损伤演化方程在混凝土本构模型中的应用

将等效微孔洞体系的概念与有核长大模型的思想相结合,根据有关物理关系通过严格的数学推导,提出了一种脆性材料的压剪耦合损伤演化方程.将该演化方程应用于混凝土脆弹性损伤软化本构模型之中,通过对混凝土一维应力条件下的实验应力应变曲线的优化数值模拟确定了损伤演化方程中的材料参数.研究结果表明,应用含损伤的本构关系和该压剪耦合损伤演化方程能得到损伤随时间变化的曲线,该曲线与采用CT技术观测的混凝土内部微孔洞扩展图像和结果有较好的一致性.所提出的损伤演化方程揭示了脆性材料压剪耦合损伤发展的宏细观机制,为更好地分析计算混凝土的高速贯穿等问题奠定了基础.     

钢纤维砼的动态损伤演化

实验研究表明，钢纤维砼在受力变形时伴有微损伤的发展，损伤演化一方面伴随着材料的流变而发展，另一方面又受应变率的影响。因此，可用钢纤维砼的率型损伤演化律来说明材料的损伤破坏现象。     

裂隙岩体渗流场与损伤场耦合模型研究

基于能量互易定理并考虑裂隙扩展过程中的能量转换和裂隙扩展过程中的相互作用，探讨了裂隙岩体在复杂应力状态下本构关系与损伤演化方程，给出了渗透张量随裂隙损伤发展的关系，从而建立了多裂隙岩体渗流场与损伤场耦合分析模型，在此基础上，对三峡永久船闸高边坡稳定性进行分析，结果表明，左边坡相对于右边坡有更大的损伤演化区，应适当考虑左边坡的锚固和防渗措施。     

渗流损伤耦合模型在三峡工程中的初步应用

利用流体扩散能量叠加原理,建立了裂隙岩体介质的渗透张量数学表达式综合运用断裂力学和损伤理论,探讨了复杂应力状态下多裂隙岩体的本构关系以及压剪裂纹的启裂准则,建立了裂隙岩体在压剪、拉剪应力状态下损伤演化方程,给出了裂隙岩体损伤场与渗流场耦合方程在此基础上,编制了平面有限元计算程序以对三峡永久船闸高边坡稳定性进行分析     

混合强化材料的损伤演化律及内时损伤本构方程

在Ｇｕｒｓｏｎ理论基础上，通过对空洞模型的分析，推导出各向同性／运动混合强化材料的损伤演化和弱化函数的表达式，并将其嵌入内时本构框架，得到了损伤弹塑性大变形内时本构方程。编制了相应的轴对称有限元分析程序，用其分析圆柱拉伸试件的颈缩，得到与实验较为吻合的结果。     

基于裂隙演化微分动力学机制的岩石损伤本构模型

为研究天然岩石内部不同形态裂隙的演化行为与岩石累计损伤程度之间的关系,运用唯象理论将岩石分为完整岩石微元体、闭合裂隙微元体和开口裂隙微元体3组分。基于生物群落生长逻辑建立岩石的裂隙演化微分动力学方程,并利用半解析方式求解岩石闭合裂隙与开口裂隙在受压状态下的演化表达式,实现压缩过程中岩石不同微元体之间转化关系的量化。其中开口裂隙演化曲线呈先下降后上升趋势,反映初始开口裂隙在压密阶段前后的变化规律,符合压密阶段非线性的应力-应变曲线关系。随后,以岩石裂隙演化解析表达式定义岩石压缩破坏的全局损伤变量,精准量化岩石在初始阶段、压密阶段、弹塑性阶段以及峰后阶段的全过程损伤程度,并提出基于上述裂隙演化机制和全局损伤变量的损伤本构模型。最后,基于微分方程理论推导、强度准则以及多目标优化等多种手段确定损伤本构模型参数,完成对岩石三组分初始比例以及3种裂隙转化因子的稳定求解,进而实现岩石压缩过程中的应力应变曲线仿真。研究结果表明：在煤岩及炭质泥岩的实例分析中,所建立的损伤本构模型能够较好表征不同岩石在不同围压下的应力应变特征及裂隙扩展规律,模型仿真结果与试验结果基本吻合。     

含瓦斯煤体内多场耦合及损伤断裂机理

为了揭示含瓦斯煤体内应力场-瓦斯场-裂隙场三场之间的耦合关系及其损伤断裂机理.运用弹性力学、损伤力学及瓦斯渗流理论,通过建立损伤变量,描述煤体在有效应力作用下裂隙场的变化,同时给出损伤变量对煤体内孔隙率的影响以及煤体受损伤后有效应力的变化方程;根据所建耦合方程,考虑煤体在应力场-瓦斯场-裂隙场耦合作用下煤体内的微小变形对煤体宏观性能的影响,给出了不同损伤情况下煤体内瓦斯压力的分布规律.揭示了多场耦合作用下煤体内大量微损伤积累通过跨尺度的非线性串级发展而诱发煤体的宏观灾变,并从能量角度给出了含瓦斯煤体的损伤断裂准则.     

一种延性材料的统计损伤演化模型

通过对微孔洞成核,成长过程的合理简化,建立了微孔洞演化的控制方程,得到了延性材料微孔洞数密度及损伤演伤方程的解析式。据此讨论了孔洞成核和成长对损伤演化的作用,为连续损伤理论的唯象描述提供了有参考价值的分析。提出了统计损伤与连续损伤理论相结合的损伤演化模型的锥形。     

硫酸盐侵蚀环境下隧道结构损伤机制及力学性能演化规律

采用现场调查和室内人工环境模拟试验相结合的方法,针对硫酸盐侵蚀环境下隧道衬砌结构损伤机制及其力学性能演化规律进行研究.结果表明:隧道衬砌结构损伤受赋存环境、结构特点、防水能力以及材料本身质量等因素的综合影响,主要损伤形式可分为结构开裂剥落、渗漏滤析(结晶)和腐蚀变质3种,对应的损伤机制分别为结晶侵蚀性物理损伤、溶蚀性化学损伤以及综合型损伤3类.随着侵蚀时间的延长,隧道衬砌混凝土表面结晶面积、剥落程度、裂缝宽度均表现为发散型二次曲线特征;衬砌结构变形、内力均随之增大,结构刚度整体下降,承载能力呈抛物线形式衰减.     

水化学腐蚀下岩石损伤力学效应研究

水化学腐蚀条件下岩石损伤力学效应是引起裂隙岩体力学性质变化的主要原因,因此,对裂隙岩体微观结构的水化学损伤效应及其定量化的研究具有重要意义.阐述了裂隙岩体的水化学腐蚀及裂隙岩体损伤力学的国内外研究现状,定性地研究了岩石水化学损伤的化学成分分析理论及能量分析理论,对水化学溶液的腐蚀影响机理进行了分析,并研究了不同化学溶液对岩石变形及强度腐蚀效应的影响.     

单轴压缩下石灰岩损伤统计本构模型与试验研究

基于岩石应变强度理论和岩石强度的Weibull分布假设,引出能合理描述岩石微元强度的参量,采用损伤力学理论,建立了能够反映残余强度的单轴压缩下岩石损伤统计本构理论模型．并利用伺服控制试验系统(RMT-150B)对石灰岩进行了单轴压缩试验,得到合理的石灰岩损伤统计本构关系,并验证了理论模型。     

材料损伤断裂中微孔洞的增长

提出了基于无限基体假定的微孔洞增长模型。模型中认为微孔洞增长是周围基体释放的应变能与表面能及周围基体运动的动能之间相互转化的结果。由此得到微孔洞的增长方程，并以OFHC铜与LYl2铝为例进行了计算，得到微孔洞增长的一些一般性规律，与文献[1]的计算结果定性吻合。     

断层破碎带隧道围岩敏感性及沉降控制分析

为探明施工隧道穿越断层破碎带时何种断层形态对围岩稳定性影响最为显著,以绵九高速公路五里坡隧道不同断层形态为例,采用三因素四水平数值模拟正交试验对围岩敏感性分析。此外,为避免隧道开挖至断层破碎带时围岩发生较大变形及破坏,保证隧道施工过程安全,对断层的响应特性进行概括,需对断层段围岩注浆加固提高其稳定性。最后,对注浆加固圈厚度分别为：0m、1m、2m、3m的断层段隧道施工过程进行FLAC 3D三维模拟,采用位移控制率均值K对隧道断层及前后段整个区段的围岩控制效果进行定量评价。结果表明：1）断层倾向在各水平条件下变化时,拱顶沉降和边墙位移基本不发生改变,其余两因素对隧道拱顶沉降和边墙位移的影响程度分别为：断层厚度＞断层倾角、断层倾角＞断层厚度。2）注浆加固圈厚度由0m递增至3m时,隧道轴向位移和塑性区面积依次减少,但注浆加固效果也明显下降。3）通过围岩控制率k定量分析注浆加固对位移的控制效果,断层前后段的位移控制率均小于断层处。可见,在既能保证工程安全,又能减少注浆的使用,加固圈为2m时效果最好。     

预裂爆破力学模型探讨

作者运用岩石力学、断裂力学及爆炸力学的基本原理，建立了预裂爆破准静载成缝力学模型，导出了每孔装药量及炮孔间距的计算公式，并通过现场试验证明了模型的合理性．     

单轴压缩荷载下煤岩的弹脆性损伤本构模型

基于计算机层析摄影技术下单轴压缩脆性煤岩破坏全过程的细观损伤演化规律 ,对白皎煤矿脆性煤岩材料进行损伤描述 ,分析求解实验过程中煤岩试件的损伤变量 ,并与Bellonoi和Lemaitre公式求得的损伤变量进行对比 ,以说明该方法求损伤变量的合理性 .为正确描述脆性煤岩材料的本构行为及演化过程 ,根据实验结果 ,分别给出脆性煤岩材料准线性阶段、损伤开始演化和稳定发展阶段、损伤加速发展阶段的损伤本构模型及损伤演化方程 ,以供工程参考使用 .     

多次爆破作用下巷道围岩累积损伤演化与破裂特征

为研究多次爆破作用下巷道围岩累积损伤演化与破裂特征,建立考虑扰动效应的时效损伤本构模型.二次开发扰动效应的时效损伤本构模型,并建立数值模型验证了开发程序的正确性.将本构模型应用于深部巷道多次爆破开挖的数值模拟中,研究围岩累积损伤演化特征与破裂特征.结果表明：地应力对巷道围岩爆破累积损伤有抑制作用,地应力越大,抑制作用越明显;围岩的损伤程度随爆破扰动次数的增加呈现非线性累积特征,围岩损伤范围也随着爆破荷载作用次数的增加而扩大;巷道围岩近区在多次爆破荷载作用下损伤严重,巷道围岩表层出现破裂现象.     

复合岩石损伤本构方程与实验

大量沉积岩样的电镜与岩相微观研究表明,岩石是由含不同形态的晶体和孔隙构成,由此建立岩石微结构损伤模型。进而导出了各自损伤演化过程、力学参数、有效应力、不等围压等因素的多层复合岩石三维非线性损伤本构方程及损伤演化方程。实验结果表明,二者吻合良好。