节理岩体宏微观损伤耦合的三维本构模型研究

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岩石变形全过程冻融损伤模型及其参数张慧梅;孟祥振;彭川;杨更社;叶万军;申艳军;刘慧【摘要】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.【期刊名称】《西安科技大学学报》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】6页(P260-265)【关键词】寒区岩石;残余强度;D-P准则;本构模型;模型参数【作者】张慧梅;孟祥振;彭川;杨更社;叶万军;申艳军;刘慧【作者单位】西安科技大学理学院,陕西西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安710054;西安科技大学理学院,陕西西安710054;葛洲坝集团第五工程有限公司,湖北宜昌443002;西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安710054;西安科技大学建筑与土木工程学院,陕西西安710054【正文语种】中文【中图分类】TU4520 引言寒区岩石既受到一定应力场环境的作用，还受到因温度变化引起内部冰水相变的冻融循环作用，综合以上2种因素研究岩石的变形特性，是岩石力学研究的热点问题之一。

目前，对于寒区岩石变形特性的研究已有很多，并取得了一定的成果。

对于岩石力学特性方面的研究，Matsuoka，张慧梅、闻磊、贾海梁、Huseyin，Khanlari，刘杰等通过选用不同的岩石，对其进行冻融循环试验，系统研究了岩石的物理力学特性[1-7]；Jihwan等研究了冻融玄武岩、闪长岩、凝灰岩的物理力学性质，并采用SEM技术和CT扫描，分析冻融循环过程中岩石微结构的变化[8]；张慧梅、Prick和Fahey分别研究了冻融循环对页岩力学特性及强度的影响规律[9-11]；Huseyin，Yavuz，Bayram在冻融环境作用下，分别测得安山岩的单轴抗压强度、波速及其他力学参数[12-14]；周科平和李杰林进行了冻融循环条件下花岗岩核磁共振及物理特性实验研究[15-16]；陈有亮、韩铁林、丁梧秀、刘松明等研究了岩石在水化学溶液及冻融作用下的力学特征[17-20]。

岩石材料的蠕变实验及本构模型研究引言：岩石是地球上最基础的构造材料之一，其性质的研究对于地质科学以及岩土工程领域具有重要意义。

岩石在地壳中扮演着起支撑与保护作用，因此了解岩石的变形行为以及蠕变性质对于地质灾害的预测与评估具有重要的指导意义。

本文将就岩石材料的蠕变实验及本构模型研究进行详细阐述。

一、岩石材料的蠕变实验蠕变是指物质在长时间内受到持续应力下的变形现象。

岩石材料由于具有多种类型的孔隙和裂隙，因此其蠕变行为比一般材料更为复杂。

蠕变实验是研究岩石材料蠕变性质的主要手段之一，其目的是了解岩石在不同应力、不同温度和不同时间下的蠕变特性。

1.实验设备蠕变实验一般需要使用蠕变试验机，该仪器能够提供连续加载并测量样品的应力和应变，同时控制温度。

实验所需的试样通常需要根据具体需要制备。

此外，还需要一些测量设备，如蠕变计和应变测量仪等。

2.实验过程蠕变实验的过程包括准备试样、加载试样、施加应力、保持应力和测量应变等步骤。

首先，需要根据实验要求制备符合标准的试样。

然后，将试样放置在蠕变试验机上，施加适当的负载并开始加载。

在加载过程中，需要保持恒定的应力并测量试样的应变，常用的应变测量方法有外部应变计和内部传感器等。

最后，根据实验结果绘制蠕变曲线，分析蠕变行为。

本构模型是描述材料力学性质的数学模型，通过建立岩石材料的本构模型，可以预测岩石的变形行为并进行力学仿真研究。

目前常用的岩石本构模型有线性弹性模型、弹塑性模型和粘弹性模型等。

1.线性弹性模型线性弹性模型是最简单的本构模型，它假设岩石材料的应力应变关系是线性的，即满足胡克定律。

这种模型适用于小应变范围内的岩石变形，但无法描述岩石的时间依赖性和非线性特性。

2.弹塑性模型弹塑性模型考虑了岩石在加载时的弹性变形和塑性变形，常用的模型有Mohr-Coulomb模型、Drucker-Prager模型等。

这些模型能够更准确地描述岩石的变形行为，但在蠕变时间很长的情况下，塑性本构模型可能会失效。