准脆性材料(岩石)结构的尺度效应

1.岩体：位于一定地质环境中，在各种宏观地质界面（断层、节理、破碎带等）分割下形成的有一定结构的地质体。

由结构面与结构体的地质体。

2.岩石:是经过地质作用而天然形成的一种或多种矿物的集合体。

具有一定结构构造的矿物（含结晶和非结晶的）集合体。

3.软化性：软化性是指岩石浸水饱和后强度降低的性质。

4.软化系数：是指岩石时间的饱和抗压强度于干燥状态下的抗压强度的比值。

5.形状效应：在岩石试验中，由于岩石试件形状的不同，得到的岩石强度指标也就有所差异。

这种由于形状的不同而影响其强度的现象称为“形状效应”。

6.尺寸效应：岩石试件的尺寸愈大，则强度愈低，反之愈高，这一现象称为“尺寸效应”。

7.延性度：指岩石在达到破坏前的全应变或永久应变。

8.流变性：指在应力不变的情况下，岩石的应变或应力随时间而变化的性质。

9.蠕变：只在应力不变的情况下，岩石的变形随时加不断增长的现象。

10.应力松弛：是指当应力不变时，岩石的应力随时间增加而不断减小的现象。

11.弹性后效：是指在加荷或卸荷条件下，弹性应变滞后于应力的现象。

13.峰值强度:若岩石应力--应变曲线上出现峰值,峰值最高点的应力称为峰值强度.14.扩容:在岩石的单轴压缩试验中,当压力达到一定程度以后,岩石中的破列或微裂纹继续发生和扩展,岩石的体积应变增量有由压缩转为膨胀的力学过程,称之为扩容.15.应变硬化:在屈服点以后(在塑性变形区),岩石(材料)的应力—应变曲线呈上升直线,如果要使之继续变形,需要相应的增加应力,这种现象称之为应变硬化.16.疲劳破坏:在循环荷载作用下,岩石会比峰值应力低的应力水平下破坏的现象.17.疲劳强度:是指岩石(材料)发生疲劳破坏时循环荷载的应力水平的大小(非定值).18.速率效应:是指在岩石试验中由于加载速率的不同而引起的岩石强度的变化现象.19.延性流动:是指当应力增大到一定程度后,应力增大很小或保持不变时,应变持续增长而不出现破裂,也即是有屈服而无破裂的延性流动.20.脆性破坏:是指岩石在破坏前变形很小,出现急剧而迅速的破坏,且破坏后应力降很大.21.延性破坏:是指岩石在破坏前发生了较大的永久塑性变形,并且破坏后应力降很小.22.强度准则:表征岩石破坏时的应力状态和岩石强度参数之间的关系,一般可以表示为极限应力状态下的主应力间的关系方程:σ1=f(σ2,σ3)或τ=f(σ).23.结构面: ①指在地质历史发展过程中,岩体内形成的具有一定得延伸方向和长度,厚度相对较小的宏观地质界面或带. ②又称若面或地质界面,是指存在于岩体内部的各种地质界面,包括物质分异面和不连续面,如假整合,不整合,褶皱,断层,层面,节理和片理等.24.原生结构面:在成岩阶段形成的结构面.25.构造结构面:指在构造作用下形成的各种结构面,如劈理,节理,断层面等.26.次生结构面:指在地表条件下,由于外力的作用而形成的各种界面.27.结构面频率（裂隙度）：是指岩体中单位长度直线所穿过的结构面数目.28.结构体:结构面依其本身的产状,彼此组合将岩体切割成形态不一,大小不等以及成分各异的岩石块体,被各种结构面切割而成的岩石块体称为结构体.29 结构效应：岩体中结构的方向性质密度和组合方式对岩体变形的影响。

复合材料中的尺寸效应复合材料本身就是一种广义的结构，这种结构的破坏问题与结构的尺寸效应有着必然的联系，复合材料中很多都属于准脆性材料，因此尺寸效应显得尤其重要，从尺度律和尺寸效应角度研究强度问题是个重要的观点，比如一个长细杠件它的稳定性能一定较差，这也是一种较常见的尺寸效应问题。

强度随机性引起的尺寸效应，能量释放的尺寸效应和微裂纹和断裂的分形特性产生的尺寸效应都对复合材料结构的强度的影响有着重要意义。

目前,固体力学中有三种有关尺寸效应的基本理论 :(1)随机强度统计理论 ;(2)长裂纹引起的应力重新分布和断裂能量释放理论(3)裂纹分形理论,它可分为两大类 :(a) 裂纹表面的侵入式分形特性理论(即表面粗糙度的分形属性)(b) 间隙分形特性理论(代表着微裂纹的分形分布)这些基本理论概括表现为材料的四种尺寸效应：(l)边界层效应:它是由材料的非均匀性和泊松效应造成的.前者可以混凝土之类的材料为例,由于各种骨料不能穿透表面而使表面层具有不同的成分;而泊松效应指的是,在试样内部可能存在平面应变的状态,它们发生在与试件表面平行的平面上 ,但不是发生在试样的表面，而是发生在试件的中心部位 .(2)表面与裂纹边缘连接处存在三维应力的奇异性: 这也是由于泊松效应引起的.这就造成了断裂扩展区域靠近表面的那一部分的力学行为不同于试样内部的力学行为 .(3)由扩散现象引起的时间相关的尺寸效应, 所谓扩散可以是多孔介质中热的输运或湿气和化学物质的输运，这一点已在收缩和干燥蠕变现象的尺寸效应中显示出来,原因是半干燥期依赖于尺寸，以及这种尺寸效应对收缩致裂的影响。

(4)材料本构关系的时间相关性 ,特别是材料应变软化的粘性特征,这一特征包含了材料时间相关的特征长度。

材料的尺度律问题是损伤力学的一部分,对这一问题的认真研究起始于1960年前后.虽然已经知道了很多 ,但是仍是损伤力学也是难以对付的问题,需要更多研究才能完全加以解决.。

（冶金行业）岩石力学重点(太原理工大学采矿)岩石力学重点壹概念1原岩应力：指地壳岩体内某壹点当前的天然应力，是工程开挖前或远离地下工程的未被扰动的原始应力。

2岩石强度准则：是指在极限条件下的应力和应力之间的关系或应变和应变的关系或者说是某种应力或应力状态和其极限值之间的关系（是判断岩土工程的应力应变是否安全的准则、判据或条件）。

3蠕变：即应力σ=const，随着时间t延长，应变ε增加的现象（岩石在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象）5软化系数：1软化系数ηc=R cw/R cd。

软化性指岩石吸水后性质変低的性质2饱水岩样抗压强度和自然风干岩样抗压强度的比值6侧应力系数：通常称λ=ν/（1-ν）为侧应力系数，λ=水平应力分量/垂直应力分量＞1（壹般情况）16应力集中系数：、是指试样中的最大等效应力和试样中部横截面上平均轴向应力的比值7地压：围岩作用在支护体上的压力8二次应力：受地下工程开挖影响，岩体内原岩应力状态被破坏后，将发生应力重分布，进而形成的应力。

（次生应力，诱发应力）9弹性后效：即加载（或卸载）后经壹段时间应变，才增加（或减小）到壹定数值的现象10尺度效应：岩石试件的尺寸越大，则强度越低，反之越高的现象（岩石试件由于内部存在缺陷而存在尺度效应）12比尺效应：高宽比不同，岩石强度也不同。

（尺寸效应：）13长时强度：对应时间趋于无穷时的强度破坏最低值（长时间作用对岩石强度有很大的影响，对于永久性岩石工程或使用寿命较长的岩石工程，应充分考虑强度的时间效应）14矿山压力地下矿体被开采后，其周围岩体发生了变形和位移，同时围岩内的应力也增大和减小，甚至改变了原有的性质。

这种引起围岩位移的力和岩体变化后的应力就叫矿山压力。

4剪胀现象：1岩石在塑性段及峰后区的体积膨胀2岩石顺齿状节理剪切时，体积膨胀的现象15流变在外力作用下，岩石的变形和流动（材料在缓慢变形过程中应力应变的时间效应）17岩石的三向抗压强度：岩石在三向同时受压时每个单向分别的强度极限18真三轴压缩实验岩石的壹种三轴压缩试验，实验时σ1>σ2>σ319塑性破坏岩体在外力作用下，出现明显塑性变形后的破坏称为塑性破坏20各向同性体物理、化学等方面的性质不会因方向的不同而有所变化的物体21.原生结构面岩石在成岩阶段形成的结构面22残余变形岩石在荷载时产生变形，卸荷载后变形只能部分恢复，不能恢复的那壹部分变形称残余变形23岩石的RQD质量指标：用直径为75MM的金刚石钻头和双层岩芯管在岩石中钻进，连续取芯，回次钻进所取岩芯中，长度大于10CM的岩芯段长度之和和该回次进尺的比值，以百分数表示。

第27卷第4期岩石力学与工程学报V ol.27 No.4 2008年4月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April，2008准脆性材料的物理力学参数随机概率模型及破坏力学行为特征梁正召，唐春安，张永彬，马天辉(大连理工大学岩石破裂与失稳研究中心，辽宁大连 116024)摘要：结合数值计算分析，讨论几种采用常见随机分布函数来实现的非均匀性弹性损伤模型，定义随机概率模型的非均匀性指标，并采用数值模拟方法研究这些随机分布函数的概率模型在载荷作用下的破坏过程，对比分析几种概率模型的合理性与适用性，同时也探讨物理力学参数随机分布的相关性的影响。

研究结果表明，无论是采用哪种分布函数，比较均匀的试样强度较高，并且表现出具有更加脆性破坏特征，而随机分布模型中力学参数的相关性对材料的破坏力学行为影响很大；采用对数正态分布函数来描述岩石类材料的非均匀性比较合理，也可以纳入非均匀概率模型库中。

相比较而言，Weibull随机分布模型具有物理概念清晰、应用较简单的特点。

统计损伤理论中很难考虑破裂局部化等问题，基于统计理论上的数值计算实现简单方便，适用范围更广。

在细观力学和统计强度理论基础上，将损伤力学与计算机技术相结合将是一种有前途的分析方法。

关键词：数值模拟；随机分布；非均匀性；破坏；本构关系中图分类号：O 242 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2008)04–0718–10ON PROBABILITY MODEL OF PHYSICO-MECHANICAL PARAMETERS OF QUASI-BRITTLE MATERIALS AND ASSOCIATED MECHANICALFAILURE BEHA VIORSLIANG Zhengzhao，TANG Chun′an，ZHANG Yongbin，MA Tianhui (Center of Rock Instability and Seismicity Research，Dalian University of Technology，Dalian，Liaoning116024，China)Abstract：Based on the statistical theory and elastic damage theory，constitutive relation of quasi-brittle material model was discussed. Heterogeneity was introduced into the numerical model assigning mechanical parameters throughout the numerical specimens by following Weibull distribution function，normal distribution function，even distribution function or logarithmic normal distribution function. Firstly，heterogeneity index was defined in the models with different distribution functions. By using a numerical code RFPA3D，fracture process of quasi-brittle material was investigated by different statistical distribution functions；and the complete stress-strain curves，peak strength and AE serials were all obtained to analyze the mechanical failure behaviors. The mechanical behaviors obtained in the heterogeneous numerical model implemented by using logarithmic normal distribution function were similar to that in Weibull distribution function. The nonlinear and the brittle failure behaviors become more obvious in more homogeneous models；and the peak strength increases with the homogeneity. Numerical results compared with laboratory test results；and analytical results show both Weibull distribution and logarithmic normal distribution functions are more reasonable and reliable for elastic damage model. Weibull distribution function is收稿日期：2007–10–10；修回日期：2008–01–12基金项目：国家重点基础研究发展计划(973)课题(2007CB209404)；国家自然科学基金重点项目(40638040)作者简介：梁正召(1977–)，男，博士，2005年于东北大学获博士学位，现任讲师，主要从事岩石等脆性材料破坏及其工程稳定性数值模拟方面的教学与研究工作。

准脆性材料宏观特性本文档格式为WORD,感谢你的阅读。

摘要：准脆性材料在宏观力学介质模型中所遇到的问题实质上是尺度问题，或者说，准脆性材料应变局部化和断裂过程本质上是微观或细观尺度上的力学行为。

关键词：准脆性材料土木工程岩土工程渗透性准脆性材料广泛存在于土木工程领域，如混凝土、砌体、某些金属材料等人工材料及岩石、硬黏土等天然材料，大量古典和现代土木工程结构均由这些材料构成。

准脆性材料一般具有如下力学性质：不均匀性、各向异性、结构的离散性及非线性等。

变形局部化及断裂是准脆性材料的一种基本现象，损伤是其在外载荷作用下强度衰减的主要原因。

与脆性材料不同，准脆性材料破坏过程伴随有一些变形和能量的释放。

在外载荷的作用下，准脆性材料内部弱介质的破坏和微缺陷的形成、扩展及相互作用将决定其宏观变形破裂特性。

这些性质将会对土木工程生产及结构的安全及稳定性产生决定性的影响。

如在水利、采矿、交通等岩土工程活动中，开采工作面的岩石破裂、水压致裂、岩石爆破、矿石的粉碎等工程活动及经常会遇到“岩爆”、“煤爆”等冲击地压现象，这些都要求深入地了解岩石这类准脆性材料从连续到不连续破裂的演变过程。

又如岩体中存在大量的节理和裂隙，在外载荷的作用下裂纹会发生扩展，扩展后的裂纹会导致岩体的力学性质发生极大变化，甚至会引起岩体的破坏，导致地下工程结构失稳。

另外，岩体裂隙的扩展导致岩体的渗透性发生变化，这可能导致如石油的生产、地下水的开采、透水事故等工程生产、安全问题。

准脆性材料应变局部化和断裂过程，即连续介质模型和离散模型。

第一类模型处理不连续位移的手段之一是将其近似视为连续的或光滑连续的，前者位移可导，但应变不连续，这类模型即为弱不连续模型，后者是前者的一种改进，位移、应变均连续可导，这类模型称为正则化模型；另一种处理方法是，将不连续面或潜在不连续面视为接触面或边界，计算裂隙扩展时需要重新划分网格。

连续模型主要基于接触力学、断裂力学、损伤力学、软化塑性力学等理论和方法，典型的连续模型包括：非线性弹性模型、率无关塑性模型、损伤理论模型、内蕴时间塑性理论模型、耦合损伤塑性理论模型、微平面理论模型。

岩石力学-实验报告《岩石力学》综合复习资料一、填空题1、岩石的抗拉强度是指。

可采用方法来测定岩石的抗拉强度，若试件破坏时的拉力为p，试件的抗拉强度为σ，可用式子表示。

2、在加压过程中，井眼的切向或垂向的有效应力可能变成拉应力，当此拉应力达到地层的时，井眼发生破裂。

此时的压力称为。

当裂缝扩展到倍的井眼直径后停泵，并关闭液压系统，形成，当井壁形成裂缝后，围岩被进一步连续地劈开的压力称为。

如果围岩渗透性很好，停泵后裂缝内的压力将逐渐衰减到。

3、在钻井中，岩石磨损与其相摩擦的物体的能力称作岩石的，表征岩石破碎的难易程度的称作岩石的。

4、垂直于岩石层面加压时，其抗压强度，弹性模量；顺层面加压时的抗压强度，弹性模量。

5、在单向压缩荷载作用下，岩石计试件发生圆锥形破坏的主要原因是。

6、岩石蠕变应变率随着湿度的增加而。

7、一般可将蠕变变形分成三个阶段。

第一蠕变阶段或称；第二蠕变阶段或称；第三蠕变阶段或称。

但蠕变并一定都出现这三个阶段。

8、如果将岩石作为弹性体看待，表征其变形性质的基本指标是和。

9、随着围压的增加，岩石的破坏强度、屈服应力及延性都。

10、为了精确描述岩石的复杂蠕变规律，许多学者定义了一些基本变形单元，它们是、、。

将这些变形单元进行不同的组合，用以表示不同的变形规律，这些变形模型由、、。

11、在岩体中存在大量的结构面（劈理、节理或断层），由于地质作用，在这些结构面上往往存在着软弱夹层；其强度。

这使得岩体有可能沿软弱面产生。

12、岩石的力学性质取决于组成晶体、颗粒和之间的相互作用以及诸如的存在。

13、在三轴不等压情况下，随着最小主应力σ3的增加，岩石的破坏强度及延性，屈服应力。

二、选择题1、劈裂试验得出的岩石强度表示岩石的a抗压强度b抗拉强度c单轴抗拉强度d剪切强度2、岩石的吸水率指a岩石试件吸入水的重量和岩石天然重量之比b岩石试件吸入水的重量和岩石干重量之比c岩石试件吸入水的重量和岩石饱和重量之比d岩石试件岩石天然重量和岩石饱和重量之比3、已知某岩石的饱水状态与干燥状态的抗压强度之比为0.72，则该岩石a软化性强，工程地质性质不良b软化性强，工程地质性质较好c软化性弱，工程地质性质较好d软化性弱，工程地质性质不良4、当岩石处于三向应力状态且比较大的时候，一般将岩石考虑为a弹性体b塑性体c弹塑性体d完全弹性体5、在岩石抗压试验中，若加荷速率增大，则岩石的抗拉强度a增大b减小c不变d无法判断6、在岩石的含水率试验中，试件烘干时应将温度控制在a95-105℃b100-105℃c100-110℃d105-110℃7、在缺乏试验资料时，一般取岩石抗拉强度为抗压强度的a1/2-1/5b1/10-1/50c2-5倍d10-50倍8、某岩石试件的相对密度ds=2.60，孔隙比e=0.05，则该岩石的干密度ρd为a2.45b2.46c2.47d2.489、下列研究岩石弹性、塑性和粘性等力学性质的理想力学模型中，哪一种被称为凯尔文模型a弹簧模型b缓冲模型c弹簧与缓冲器并联d弹簧与缓冲器串联10、岩石的割线模量和切线模量计算时的应力水平为aσb/2bσc/2cσddσ50三、判断改错题1、根据库伦——纳维尔破坏准则破裂面外法线方向与最大主应力之间的夹角为452、岩石抗压强度实验要求岩心轴径比小于2。

第22卷 第12期岩石力学与工程学报 22(12)：2104～21072003年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec.，20032003年4月4日收到来稿。

作者 潘 岳 简介：男，1947年生，1967年毕业于东北大学工程力学专业，现任教授，主要从事岩土力学与结构稳定方面的教学与研究工作。

关于“准脆性材料应变软化尺度效应理论研究”一文的讨论潘 岳 申建红(青岛建筑工程学院土木土程系 青岛 266520)DISCUSSION ON ‘SIZE EFFECT ANALYSIS ON STRAIN SOFTENING OF QUASI-BRITTLE MATERIALS CONSIDERING STRAIN GRADIENTEFFECT ’Pan Yue ，Shen Jianhong(Department of Civil Engineering ，Qingdao Institute of Architecture and Engineering ， Qingdao 266520 China )1 问题的提出受拉钢筋经过屈服和强化阶段，其峰值强度之后，出现颈缩，即变形局部化。

钢筋在断裂面处面积最小，隔一定距离后，其横截面积趋于常值。

国外文献称此类现象为变形局部化和变形梯度效应。

岩石峰值强度后软化阶段的变形是由于裂纹扩展、连通造成的，岩石的破坏不同于金属，但仍可以采用变形局部化及变形梯度效应的概念来对其软化阶段特性进行某些研究。

贵刊2003年第2期发表的王学滨等人的文章“准脆性材料应变软化尺度效应理论研究”(以下简称文[1])将单轴压缩岩样峰值强度c σ之后的变形局部化模型用图1中的倾角为α、厚为w 的(塑性)软 化带及带外介质为弹性的模型来表示。

带内软化介质同时还承受剪应力αστ2sin 5.0c =及正应力=ασσα2sin ，但仅仅考虑了剪应力τ对软化带的破坏作用。

名词解释1.岩体：是指在地质历史过程中形成的，由岩块和结构面网络组成的，具有一定的结构并赋予于一定的天然应力状态和地下水等地质环境中的地质体。

2.弹性：在一定的应力范围内，物理受外力作用产生全部变形，而去除外力后能立即恢复其原有的形状和尺寸大小的性质。

3.脆性：物体受力后，变形很小时就发生破裂的性质。

4.三轴抗压强度：试件在三向压应力作用下能抵抗的最大的轴向应力。

5.抗压强度：在单向压缩条件下，岩块能承受的最大压应力。

6.抗拉强度：岩块试件在单向拉伸时能承受的最大拉应力。

7.抗剪强度：在剪切荷载作用下，岩块抵抗剪切破坏的最大剪应力。

8.莫尔强度理论：认为材料发生破坏是由于材料的某一面剪应力达到一定的限度,而这个剪应力与材料本身性质和正应力在破坏面上所造成的摩擦阻力有关。

9.稳定性系数：可供利用的抗滑力与滑动力的比值。

10.蠕变：指岩石在恒定的荷载作用下，变形随时间逐渐增大的性质。

11.天然应力：人类工程活动之前存在于岩体的应力。

12.剪切刚度：反应结构面剪切变形性质的重要参数。

13.孔隙比：岩石中各种孔隙体积与原体积内固体矿物颗粒的体积之比14.法向刚度：在法向应力作用下结构面产生单位法向变形所需要的应力。

15.围岩应力：围岩在无支护的情况下，经过应力重新调整达到的新的平衡状态即为围岩应力。

16.软化系数：定义为岩石试件的饱和抗压强度与干抗压强度的比值。

17.变形模量：指单轴压缩条件下，轴向应力与轴向应变之比。

18.围岩：重分布应力影响范围内的岩体。

19.主应力：单元体主平面上的正应力。

20.主平面：单元体剪应力为零的平面。

21.结构面：指地质历史发展过程中，在岩体内形成的具有一定的延伸方向和长度，厚度相对较小的地质界面或带。

22.塑性：物体受力后：产生变形在外力除去后不能恢复原状的性质。

23.围岩抗力系数：是表征围岩抵抗衬砌向围岩方向变形能力的指标，定义为使洞壁围岩产生一个单位径向变形所需的水压力。