岩石细观损伤力学模型研究若干进展[1]

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岩石细观损伤力学基础-概述说明以及解释

岩石细观损伤力学基础-概述说明以及解释1.引言1.1 概述在岩石力学研究领域，细观损伤力学是一个重要的研究方向。

岩石作为一种复杂的非均质材料，其力学性质与内部微观结构之间存在着密切的关系。

研究岩石的损伤力学，可以深入理解岩石在受力过程中的变形与破坏机理，为岩土工程和地质灾害预测提供科学依据。

细观损伤力学从微观尺度上研究岩石内部的微观破裂与变形行为。

通过观察和分析岩石的细观损伤特征，可以揭示岩石的力学性能、破坏机理及其变形规律，从而为岩石力学与岩土工程领域提供重要的理论基础。

文章将介绍细观损伤力学的概念和研究方法，使读者对该领域有一个整体的认识。

首先，将概述岩石细观损伤力学的研究背景和意义，介绍其在岩石力学中的应用价值。

随后，将对文章的结构和内容进行说明，明确每个章节的主要内容。

最后，明确研究的目的，即通过对岩石细观损伤力学的深入研究，为岩土工程的设计和施工提供理论指导并探索新的研究方向。

通过本文的细观损伤力学研究，我们希望能够为岩石力学领域的科研工作贡献出一份力量，为岩土工程的发展和地质灾害的防治提供有力支持。

同时，我们也希望能够通过对岩石细观损伤力学的研究，探索出更加准确、可靠的岩石力学模型，并为岩石材料的性能评价和工程实践提供参考依据。

1.2文章结构文章结构部分的内容：文章主要分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分概述了文章的主题和研究对象，说明了岩石细观损伤力学的重要性和应用领域。

同时，简要介绍了文章的结构，以帮助读者理解整个文章的脉络和内容。

正文部分主要包括两个内容：岩石细观损伤力学的概述和岩石细观损伤力学模型。

在岩石细观损伤力学的概述中，首先介绍了岩石的组成和结构特点，以及岩石在受力作用下的行为。

然后，探讨了岩石细观损伤力学的基本概念和理论基础，包括损伤、断裂和弹性等基本概念，为后续的模型建立打下基础。

在岩石细观损伤力学模型部分，列举了目前常用的岩石细观损伤力学模型，如弹塑性模型、松弛模型等。

岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理研究

岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理研究1.引言岩石是地球壳的重要组成部分，其力学性质的研究对于地质工程和地质灾害防治具有重要意义。

岩石动力学是研究岩石在外部荷载作用下的变形、破坏和演化规律的学科，其研究内容涉及岩石的物理特性、损伤本构模型和破坏机理等方面。

本文旨在探讨岩石动力学特征、含损伤本构模型及破坏机理的研究现状和发展趋势。

2.岩石动力学特征岩石的力学性质受其岩石类型、组成、结构和成因等因素的影响。

常见的岩石类型包括花岗岩、页岩、砂岩等。

这些岩石在外部荷载作用下表现出不同的变形和破坏特征。

例如，花岗岩具有高强度和硬度，但其脆性较大；而页岩和砂岩具有较低的强度和硬度，但具有一定的韧性。

岩石的物理特性也对其动力学特征产生重要影响。

例如，岩石的孔隙度、透水性和裂隙结构等都会影响岩石的变形和破坏规律。

此外，岩石的应力-应变关系、黏弹性特征和损伤演化规律也是岩石动力学研究的重要内容。

3.含损伤本构模型损伤是岩石在荷载作用下的重要物理现象，其产生和发展会导致岩石的强度和变形性能发生变化。

因此，研究岩石的含损伤本构模型对于预测岩体的变形和破坏具有重要意义。

目前，常用的岩石损伤模型包括线性损伤模型、非线性损伤模型和渐进损伤模型等。

这些模型通过描述岩石的损伤演化规律和应力-应变关系，可以有效地预测岩石在不同荷载作用下的力学性能。

例如，线性损伤模型假设岩石中的微裂隙呈线性分布，通过引入损伤参数来描述岩石的剪切强度和弹性模量等性质的变化规律；非线性损伤模型则考虑岩石中微裂隙的非线性行为，可以更准确地描述岩石的变形和破坏过程。

4.破坏机理岩石的破坏是岩石动力学研究的核心问题之一。

研究岩石的破坏机理可以帮助我们深入理解岩石在荷载作用下的变形和破坏规律，从而指导工程实践中的岩土工程设计和地质灾害防治工作。

岩石的破坏机理包括岩石的微观破坏过程和宏观破坏特征。

微观破坏过程主要指岩石内部微裂隙的扩展和聚集过程，其发展规律决定了岩石的宏观破坏特征。

岩石力学研究进展报告

岩石力学研究新进展报告姓名：XXX学号：XXXXXXXX专业：岩土工程岩石力学研究新进展报告1 引言时光如白驹过隙，一学期的《XXXXX》课程在不知不觉间结课了。

这一学期的学习，使我在岩石力学方面有了很大的启发，特别是分形理论在岩石力学中的应用令我神往。

下面我对岩石力学研究的新进展做简要报告。

岩石力学可以作为固体力学的一个新分支，用以研究岩石材料的力学性能和岩石工程的特殊设计方法。

岩石力学经过近50年的发展，在土木工程、水利工程、采矿工程、石油工程、国防工程等领域都得到了广泛的应用，随着科学技术的进步，岩石力学涉及的领域会进一步扩大。

岩石力学是一门内涵深，工程实践性强的发展中学科。

岩石力学面对的是“数据有限”的问题，输入给模型的基本参数很难确定，而且没有多少对过程（特别是非线性工程）的演化提供信息的测试手段。

另一方面，对岩体的破坏机体还不能准确的解释。

岩石力学所涉及的力学问题是多场（应力场、温度场、渗流场、甚至还存在电磁场等)、多相（固、液、气）影响下的地质构造和工程构造相互作用的耦合问题。

这就表明，工程岩体的变形破坏特征是极为复杂的，其大多数是高度非线性的。

目前，岩石力学的许多数学模型是不准确和不完整的，可以广泛接受和适用的概化模型并不多。

基于此，近年来，多种数值方法、细观力学、断裂与损伤力学、系统科学、分形理论、块体理论等在岩石力学中的应用以及各种人工智能、神经网络、遗传算法、进化算法、非确定性数学等域岩石力学的交叉学科的兴起，为我们提供了全新和有效的思维方式和研究方法，更能激发研究者的创新精神，这也为突破岩石力学的确定性研究方法提供了强有力的理论基础[1]。

本报告主要对分形岩石力学、块体岩石力学、断裂与损伤岩石力学和岩石细观力学四部分的研究新进展做简要报告。

由于时间和精力有限（最近导师安排的任务非常多，而且要准备英语和政治期末考试），每部分内容除第一大段的研究新进展综述外，只对近几年的三篇比较好的文献做分析说明，包括两篇中文学术论文和一篇外文学术论文，这12篇学术论文我都比较仔细的看了。

岩石损伤理论研究进展

岩石损伤理论研究进展龚囱;曲文峰;行鹏飞;赵奎【摘要】介绍了近年来岩石损伤理论若干进展,丰要内容包括:岩石损伤理论的基本思想及其研究方法、岩石损伤的分类、损伤变量的定义与选取、岩石损伤本构模型的建立及其参数对岩石损伤行为的影响、不同荷载下岩石裂纹演化规律的研究、岩石损伤机理的探讨,以及对岩石损伤的一些认识.以上研究表明:首先,采用损伤力学对岩石损伤进行研究是一种行之有效的方法.其次,损伤模型的建立是岩石损伤的核心内容.通过室内试验研究岩石在不同荷载下的损伤演化规律,有助于揭示岩石损伤机理.最后提出下一步研究的重点是考虑多因素岩石耦合损伤.【期刊名称】《铜业工程》【年(卷),期】2011(000)001【总页数】5页(P7-11)【关键词】岩石;损伤;损伤变量;本构模型;进展【作者】龚囱;曲文峰;行鹏飞;赵奎【作者单位】江西理工大学,江西,赣州,341000;新疆地矿局第一地质大队,新疆,鄯善,838204;新疆地矿局第一地质大队,新疆,鄯善,838204;江西理工大学,江西,赣州,341000【正文语种】中文【中图分类】TD313岩石强度理论发展至今，先后经历了经典强度理论、基于断裂力学的强度理论和损伤强度理论三个阶段。

对岩石强度理论的研究其目的在于了解认识岩石对外界环境的响应。

岩石损伤强度理论对包含大理损伤的非均匀体的RVE单元进行研究，其强度准则可写为D=Dc或|Y|=Yc。

采用损伤力学对岩石进行分析的目的在于:通过引入多层次的缺陷几何结构，追溯从变形、损伤直至断裂的全过程，进而采用宏－细－微观相结合的描述，确立参变量具有明确物理意义的数学模型，给出岩石强度的判定准则［1］。

由于，岩石作为一种天然的材料，其内部存在大量的裂隙与孔洞，因此，采用损伤力学来研究岩石在外界作用下性能恶化已成为一热点课题。

岩石损伤强度理论认为:当岩石处在一个与外界隔绝的系统中时，岩石变形破坏的本质为不可逆能量耗散使岩石加剧损伤，从而导致岩石强度下降直至丧失。

单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究

单轴压缩岩石损伤演化细观机理及其本构模型研究一、本文概述本文旨在深入研究单轴压缩下岩石损伤演化的细观机理，并探讨其对应的本构模型。

通过对岩石在单轴压缩过程中的微观破坏行为进行详细分析，揭示岩石损伤演化的内在机制，进而建立能够准确描述岩石力学行为的本构模型。

这一研究对于理解岩石的力学特性、预测岩石工程的稳定性和优化岩石工程设计具有重要意义。

在概述部分，本文将首先介绍单轴压缩试验的基本原理和方法，以及其在岩石力学研究中的应用。

随后，将概述岩石损伤演化的基本概念和研究现状，包括岩石损伤演化的定义、分类、影响因素等。

在此基础上，本文将提出研究目的和意义，明确研究内容和方法，并简要介绍论文的结构和主要研究成果。

通过本文的研究，我们期望能够深入理解岩石在单轴压缩下的损伤演化过程，揭示其细观机理，并建立相应的本构模型。

这将有助于我们更好地预测和控制岩石工程的稳定性和安全性，为岩石工程的设计、施工和维护提供科学依据。

二、单轴压缩岩石损伤演化细观机理在单轴压缩条件下，岩石的损伤演化细观机理是一个复杂而关键的科学问题。

单轴压缩是指岩石在单一轴向压力下发生的变形和破坏过程，它是岩石力学中最基本也是最重要的试验手段之一。

在这个过程中，岩石内部的微裂纹、微孔洞等损伤会不断演化，最终导致岩石的宏观破坏。

岩石在单轴压缩过程中，由于其内部存在的非均匀性和初始损伤，会导致应力分布的不均匀。

在应力集中区域，微裂纹会首先产生并扩展。

这些微裂纹的扩展方向往往与最大主应力方向一致，形成所谓的“翼裂纹”。

随着应力的增加，微裂纹会不断扩展、连接，形成宏观裂纹，导致岩石的整体强度降低。

岩石的损伤演化过程中还伴随着能量的耗散和释放。

在微裂纹产生和扩展的过程中，会消耗一部分外部输入的能量，并以热能的形式释放出来。

同时，岩石内部的损伤还会导致其弹性模量、泊松比等力学参数的降低，进一步影响岩石的应力-应变关系。

岩石的损伤演化还受到多种因素的影响，如岩石的矿物成分、颗粒大小、孔隙率、温度、压力等。

基于断裂力学与损伤力学的岩石强度理论研究进展

σij ( r ,θ) = K ( Y , a ,σ) ·F ( r ,θ) , ( i = 1 , 2 , 3) , (7)
式中 F 为坐标的函数 , 系数 K 与坐标无关 , 它综合反映了裂纹形状 Y 、裂纹尺寸 a 和远场应力σ这些因素对裂纹尖端应力场强度的影响 , 具有驱动裂纹开始扩展的作用 , 被称为应力强度因子 ( SIF) . 当 K 达到某一临界值 Kc 时 , 裂纹发生失稳扩展. 于是可按应力强度因子建立断裂判据 :
从 1773 年提出的 Coulomb 准则到后来的 Mohr
2004201213 收稿 , 2(批准号 : 2002CB412705 , 2002CB412707) 及国家自然科学基金 “创新研究群体”(批准号 : 50221402) 资助项目
(9)
例如 1974 年 Sih[11 ]提出了应用于复合裂纹的应变能密度因子理论 , 其注意力集中在裂纹端部周围应变能密度场的奇异性上 , 这个能量场具有 1/ r 阶的奇异性 , 幅度大小可用应变能密度因子 S 来表示. 临界值 S c 可反映裂纹初始扩展的方向及材料的断裂韧性. 即 :
早期的岩石强度理论研究属于传统固体力学研究范畴 , 沿用了经典连续统力学的研究手段. 由于岩石是一种特殊的地质材料 , 受地质构造的影响 , 岩石的组织结构极度不均匀 , 孔隙、裂隙、夹杂、节理、断层等大量缺陷充斥其中 , 因而均匀连续假设与岩石的实际情况并不相符 , 建立在连续统力学基础上的岩石强度理论受到了严重挑战. 随着相关学科 , 尤其是非线性科学的迅猛发展 , 岩石力学的研究融合了经典弹塑性力学、断裂力学、损伤力学、热力学、物理学、化学、地质学、矿物学、信息论、控制论、系统论等学科 , 使岩石力学的研究逐渐超越了经典固体力学的框架 , 极大地丰富了岩石力学的研究内涵. 岩石强度理论的研究也逐渐从古典强度理论、广义强度理论等经典强度理论发展到将断裂、损伤过程考虑进去的强度理论 , 从宏观唯象研究发展到跨尺度多层次的理性研究.

第13章_损伤力学在岩石力学中的应用

第13章损伤力学在岩石力学中的应用 13章
13.1 概述
• 损伤力学与断裂力学的区别
• 二者不同之处在于：断裂力学是间断介质，裂纹二者不同之处在于：断裂力学是间断介质，被连续介质所包围，裂纹周围存在集中应力场，，被连续介质所包围，裂纹周围存在集中应力场，，裂纹的扩展，导致材料或结构破坏。裂纹的扩展，导致材料或结构破坏。 • 损伤力学认为：材料存在分布性缺陷，而且是连损伤力学认为：材料存在分布性缺陷，续分布，可以用宏观力学处理。也就是说：续分布，可以用宏观力学处理。也就是说：损伤力学是连续介质。力学是连续介质。 • 处理问题的方法：1）细观方法：根据材料的细处理问题的方法：细观方法：观特性来建立宏观的本构关系。宏观方法：观特性来建立宏观的本构关系。2）宏观方法：从微观机制得到启发，从微观机制得到启发，用宏观变量来描述微观变损伤参数与有效应力相关联；化。如：损伤参数与有效应力相关联；与质量密度相关联；与裂纹密度相关联；度相关联；与裂纹密度相关联；
σ ij δ jk A k = σ
σ σ
* 11 * 21
*
ij
δ jk A
1
* k
σ σ
σ
* 12 * 22
11
σ σ
12 1
=
1 - Ω
σ
1 - Ω
22
21ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ2
1 - Ω
1 - Ω
2
• 三维的本构关系
第13章损伤力学在岩石力学中的应用 13章
13.2 岩体损伤模型
• 13.2.1 损伤变量和有效应力
第13章损伤力学在岩石力学中的应用 13章
13.2 岩体损伤模型
• 如图:损伤发生在X1--X2平面内,面积损伤比为Ω,有如图:损伤发生在X --X 平面内,面积损伤比为Ω 效率为1 则某平面ABC ABC的损伤张量可计算如效率为1- Ω;则某平面ABC的损伤张量可计算如下:

岩石损伤力学理论研究的若干进展

式中：Ａ损伤面积；Ａ ——基体瞬时表现面积。
２．１．３用分形方法定义
国内研究的分形方法认为，岩石损伤程度的增加过程就是分形维数的增加过程，根据损伤变量Ｄ与裂纹密度的关系【２】，有：
Ｄ：触．
１ — ２ｖ
（３）
Ｄ＝ｎ／（１）
（６）
式中：ｒｒ～发生破坏的微元数；微元总数。
２．１．２用微缺陷的面积定义
式中：ｎ ——材料脆性参数（越大，材料脆性越强）；ｓ一轴向应变（拉应变取正号）；ｓ ——常量。
［２］杨军，王树仁．岩石爆破分形损伤模型研究Ｕ］．爆炸与冲击，１９９６（０１）．
【３］ＬｅｍａｉｔｒｅＪ．Ｈｏｗｔｏｕｓｅｄａｍａｇｅｍｅｃｈａｎｉｃｓ［［］．ＮｕｃｌｅａｒＥａｎｇ
式中： ——无损状态下岩石的波速值；某一损伤状态下的波速值。
— —
２．２．２用能量定义
岩体单元的损伤变量Ｄ为：
ｒｉ＇ｄ
Ｄ＝．
Ｕ
（５）
在微观方面，损伤变量可以用缺陷的数目、面积、体积、孔洞的几何形状等角度进行定义，以下是其几种典型的定义。
坏准则为止。
ＪＢ ——纹理形状修正系数；等效泊松比。２－２从宏观角度定义在宏观方面，损伤变量可以用电阻超声波波速、能量、弹性常数、应变大小等角度进行定义，以下是其几种典型的定义。２．２．１用超声波波速定义岩石材料的损伤变量Ｄ为：

岩石细观本构关系与统计损伤模型

1岩石非均匀性及其描述
岩石的非均匀属性不是一个静态变量，而是随时间或加载历史而发展的动态变量。
在岩石内部原有非均匀性和内部缺陷的基础上，由于外载荷的作用而发生破裂或内部缺陷发生扩展也必将进一步增加自身的非均匀程度。相对均匀的岩石介质，由于破裂的出现，介质的力学性质也将从均匀向非均匀演化。
因此，岩石的非均匀性及其变化规律是岩石破裂过程研究中必须考虑和重视的重要因素。
1岩石非均匀性及其描述
岩石介质组成统计理论描述
岩石介质的构成是非常复杂的，通常对其进行数学描述是非常困难的。但是如果将岩石介质进行离散，
图 5-2 微体示意图
V
则可以利用统计的方法进行近似的
描述。
基元体示意图
其临界条件即为相变点
3 RFPA的强度准则
RFPA系统采用了修正后的库仑（Coulomb）准则（包含拉伸截断Tension cut-off）作为基元相变临界点
1 Sin 1 (1 Sin ) 3 c , 1 c 1 1 ( 1 Sin ) 1 Sin or 1 Sin 1 3 t , 1 c 1 1 Sin
1岩石非均匀性及其描述
假设这些离散后的基元体力学性质的分布是统计性的，而且引入Weibull统计分布函数来进行描述：
m e 0 0 式中：α —— 岩石介质基元体力学性质参数（强度、弹性模量等）； α0 —— 基元体力学性质的平均值； m —— 分布函数的形状参数，其物理意义反映了岩石介质的均质性，定义为岩石介质的均匀性系数； Φ(α)—— 是岩石基元体力学性质α的统计分布密度（其单位为Mpa-1）。

岩石流变力学及其工程应用研究的若干进展

第26卷第6期岩石力学与工程学报 V ol.26 No.62007年6月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June ，2007收稿日期：2007–01–15；修回日期：2007–05–09作者简介：孙钧(1926–)，男，1949年5月毕业于上海国立交通大学土木工程系，现任同济大学地下建筑与工程系资深荣誉教授、中国科学院院士，岩石流变力学及其工程应用研究的若干进展孙钧(同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室，上海 200092)摘要：讨论岩石流变力学及其工程应用研究近年来的若干进展，主要内容包括：对岩石工程流变学问题的综述性介绍、软岩和节理裂隙发育岩体的流变试验研究、流变模型辨识与参数估计、流变力学手段在收敛约束法及隧道结构设计优化中的应用、高地应力隧洞围岩非线性流变及其对洞室衬护的力学效应，以及岩石流变损伤与断裂研究。

此外，还对土力学与土工流变方面的一些进展作了简要介绍，并就今后岩土工程流变研究的展望阐述了一点认识。

关键词：岩石力学；流变特性；试验研究；黏弹塑性；非线性；隧洞围岩–支护系统；流变损伤与断裂；土体流变中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2007)06–1081–26ROCK RHEOLOGICAL MECHANICS AND ITS ADV ANCE INENGINEERING APPLICATIONSSUN Jun(Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education ，Tongji University ，Shanghai 200092，China )Abstract ：The recent development in some aspects on the research of rock rheology and its engineering applications are discussed ；the main contents are listed as follows ：a comprehensive introduction of the rock engineering rheology problems ，laboratory as well as in-situ study on the soft rock and rock mass of rich growth with joints and fissures ，identification of rheological models and their parameters estimation ，applications of rheological mechanics to the convergence-confinement method and its applications to the design optimization of tunnel structures ，nonlinear rheological behavior of tunnel surrounding rocks in high earth stress region and its mechanical effect of tunnel lining-support ，study on rock rheological damage and fracture mechanics. Besides ，this paper gives a brief discussion on the rheology problem in soil mechanics and soil engineering. Finally ，several understandings on the research work are presented in prospect of the rheological mechanics in geotechnical engineering in the future. Key words ：rock mechanics ；rheological behavior ；test study ；viscous elastoplasticity ；nonlinearity ；lining support system for tunnel surrounding rocks ；rheological damage and fracture ；rheology in soft soils1 引言陈宗基先生生前是中国岩石力学与工程学会的创始人和学会第一届理事长，他是我国岩土流变力学学科的先驱和奠基人，在岩土力学学科和工程应用领域取得了十分突出的成绩，为学科发展和国家建设事业做出了卓越的贡献。

复杂耦合环境下非均质岩石细观破裂机制及全过程损伤本构模型研究

复杂耦合环境下非均质岩石细观破裂机制及全过程损伤本构模型研究大家好，今天咱们聊点儿不太常见的东西——复杂耦合环境下非均质岩石的细观破裂机制，以及什么是全过程损伤本构模型。

嗯，听着是不是有点儿高深？别急，慢慢跟我一块儿走，保证你听了之后明白，还能在茶余饭后跟朋友侃一侃。

咱们得知道岩石是怎么回事。

岩石啊，不是那种死气沉沉的东西，它可是个“大家庭”，里面包含了各种各样的矿物成分。

有的岩石颗粒粗，有的细；有的结构均匀，有的却乱七八糟的。

这种不同的岩石结构就像是我们生活中不同性格的人，有的做事很果断，有的则拖拖拉拉，甚至有的在压力面前就“崩溃”了。

所以说，岩石也不是那么简单，搞不好还会让你大吃一惊。

就像咱们做饭，锅里的油温一高，食材下去就开始“滋滋”作响，岩石在高温、高压、甚至是强烈震动的情况下，往往会发生类似的变化。

外部环境一变，岩石就开始裂开、碎裂，甚至崩解。

这就叫“破裂机制”。

但破裂可不是一蹴而就的，有时候是慢慢渗透出来的，就像咱们的压力积累，最终爆发。

破裂不是随随便便发生的，它是通过复杂的内力相互作用，慢慢累积的。

在这些力量的作用下，岩石的裂缝像蜘蛛网一样蔓延，直到它再也支撑不住，裂开。

不过，咱们不能光看岩石裂开了就算完。

我们还得了解背后发生了啥。

就像一个人的心情，外面看起来冷冰冰的，实际上内心早就“翻江倒海”了。

岩石也是一样，在它破裂的过程中，里面发生了一系列细微的变化：裂纹扩展、矿物碎片移动，甚至有些部分还可能重新结合成新的结构。

这些变化不是一眼就能看到的，但它们却是岩石破裂的真正“幕后英雄”。

而这时候，咱们就得用“全过程损伤本构模型”来分析这些过程。

“模型”这个词听起来有点儿抽象，其实简单来说，就是我们给这些看不见的变化赋予数字、方程，甚至是某种规律。

就好比你在做数学题，虽然看不见每一步的变化，但是你能通过方程推算出最终结果。

而这个“全过程损伤本构模型”就是帮助咱们预测岩石在各种环境下会发生怎样的变化。

水利工程中岩石损伤本构模型研究进展

水利工程中岩石损伤本构模型研究进展发布时间：2022-10-13T05:33:18.232Z 来源：《中国建设信息化》2022年第11期作者：张明璐[导读] 水利工程设计与建设中，确保基岩、岩坡、地下洞室的稳定性是十分重要的问题。

张明璐水发规划设计有限公司山东济南 250014 ）摘要：水利工程设计与建设中，确保基岩、岩坡、地下洞室的稳定性是十分重要的问题。

岩石是一种非均质、不连续，具有复杂力学性质的介质，利用损伤理论来研究岩石等含有初始缺陷的材料，被认为是最有效的研究方法，在水利工程中的应用日益广泛。

很多学者针对不同应用条件、不同岩石种类进行了深入分析，基于此，本文对岩石损伤本构模型研究的现状进行分析与评述，指出了当前尚待研究解决的问题和发展趋势，为其在水利工程中的应用提供了理论基础。

关键词：本构模型，损伤力学，岩石，水利工程1 引言水利工程设计与建设中，确保基岩、岩坡、地下洞室的稳定性是十分重要的问题。

损伤力学主要研究材料内部缺陷引发的宏观力学效应，其通过引入损伤变量来描述材料受损的程度。

自1976年Dougill将损伤力学引入岩石材料以来，岩石损伤力学研究已成为当今岩石力学研究领域的热门课题之一，而利用损伤理论来研究岩石等含有初始缺陷的材料，已被认为是最有效的研究方法。

岩石损伤理论就是研究受损材料的损伤演化规律及其破坏的理论，对于具有初始缺陷的岩石类材料，受力引起的破坏是其内部缺陷不断发展的结果；岩石损伤力学的核心为在确定损伤变量的前提下，建立岩石损伤模型即本构方程。

2 岩石损伤力学研究方法进展及评述目前，岩石损伤力学的研究方法主要有两种，一是根据统计分布理论，假设损伤参量服从某种分布，导出岩石损伤方程。

岩石是一种非均质的地质材料，内含大量随机分布、形状各异的孔隙和裂纹，从岩石微裂隙随机分布的特点出发，所得结果将更为合理，研究表明统计损伤力学是研究岩石破裂过程的有效方法。

Krajcinovic D等引入统计损伤理论，从岩石材料内部缺陷分布的随机性出发，利用岩石微元强度服从Weibull分布的特点建立了模拟岩石破裂全过程的统计损伤本构关系，这是较早使用统计分布理论来研究损伤的例子，但所建模型轴向应变无法准确描述岩石微元强度，存在一定的局限性。

岩石细观统计损伤模型 PPT

§基元的引入
◆ 细观力学认为；通过细观单元的变形、破坏的个体行为的积累来反映宏观行为的演化，为研究介质变形和破裂的宏观行为提供了一种新的途径。所谓的基元，是构成介质的基本细观尺度单元，是在物理力学性质方面能够代表介质特征的最小单元。基元是介质破裂研究最基本的单位，破裂就是基元的破裂，比基元更小的破坏是不存在的。在岩石破裂过程分析RPFA系统中，为了能够充分考虑介质力学性能的非均匀性以及由这种非均匀性引起的变形、破裂过程的复杂性，我们引入了三种特性的基元，即基质基元、空气基元和接触基元。
§基元的三种形态
◆ 接触基元；压、剪破坏后的基元在一定范围内维持残余强度状
态。但是，对于现实中的介质来说，破坏后的介质在继续受压应力、特别是各向均受压应力的条件下，将出现所谓的压密或压实现象，其力学表现则是压密后的介质刚度不仅不降低，反而出现上升。对于已经形成的裂纹面而言（即空气基元），当裂隙两面的介质在压应力作用下产生接触时，则应力仍可以通过接触面传递。这时，则可以通过激活空气基元，使其刚度增加，起到传递应力的作用。这就是所谓的接触基元特性。在上述两种情况下，接触基元只能传递压应力，而不能传递拉应力。即当存在拉应力时，接触基元立刻转化成空气基元。
§RFPA方法的主要要点
◆ 将材料的不均质性参数引入到计算单元，宏观破坏是单元破坏的积累过程。
◆ 认为单元性质是弹-脆性或弹-塑性的，单元的弹模和强度等其他参数服从某种分布，如正态、韦伯、均匀等。
◆ 认为当单元应力达到破坏的准则将发生破坏，并对破坏单元进行刚度退化处理，故可以以连续介质力学方法处理物理非线性介质问题。
◆ 为了解决岩石破裂过程的分析，采用有限元法、有限差分法、边界元法、离散元法等数值模拟方法在全面解决复杂的岩土工程问题，例如岩石材料的非线性问题、岩体中节理、裂隙等不连续面对分析计算的影响等等方面不同程度的存在缺陷。 1995年软件系统创始人唐春安教授针对这些问题提出了基于有限元基本理论，充分考虑岩石破裂过程中伴随的非线性、非均匀性和各向异性等特点的新的数值模拟方法“RFPA 方法”，即真实破裂过程分析方法。

岩石破裂全程数字化细观损伤力学试验研究

第30卷第11期岩土力学 V ol.30 No. 11 2009年11月 Rock and Soil Mechanics Nov. 2009收稿日期：2008-05-29基金项目：国家自然科学基金项目（No. 50674040）；江苏省研究生培养创新工程项目（No. CX07B_128z ）；国家自然科学基金、二滩水电开发有限责任公司雅砻江水电开发联合研究基金重点项目（No. 50539090）。

第一作者简介：倪骁慧，男，1979年生，博士研究生，主要从事岩石力学方面的工作。

E-mail: nxh2004@文章编号：1000－7598 (2009) 11－3283－08岩石破裂全程数字化细观损伤力学试验研究倪骁慧1, 2，朱珍德1, 2，赵杰1, 2，李道伟1, 2，冯夏庭3（1. 河海大学岩土工程科学研究所，南京 210098；2. 河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，南京 210098；3. 中国科学院武汉岩土力学研究所，武汉 430071）摘要：设计基于扫描电镜（SEM ）的岩石破裂全过程数字化细观损伤力学试验方案，实现了岩石破裂全过程的显微与宏观实时的数字化监测、控制、记录及分析的岩石力学试验。

应用于四川锦屏大理岩预制裂纹试样中进行单轴压缩破坏全程的数字化试验，对微裂纹的萌生、生长及贯通过程进行数字化定量分析，得到试样在受荷过程中微裂纹的面积、方位角、长度、宽度和周长基本几何数据，从宏细观角度描述了岩石试样单轴压缩过程中的破坏机制，并分析得出试样单轴受压破坏过程中虽然微裂纹在某些区域集中，但在整个试样中微裂纹的统计分布依然是服从某一指数分布的这一结论。

试验研究结果证明了该试验方案的科学性和先进性。

关键词：细观力学；岩石破裂全过程；数字化细观损伤力学试验方案；SEM 图像处理程序中图分类号：TU 458 文献标识码：AMeso-damage mechanical digitalization test of complete process of rock failureNI Xiao-hui 1, 2，ZHU Zhen-de 1, 2，ZHAO Jie 1, 2，LI Dao-wei 1, 2，FENG Xia-ting 3（1. Geotechnical Research Institute, Hohai University, Nanjing 210098, China; 2. Key Laboratory of Ministry of Education for Goemechanics and EmbankmentEngineering, Hohai University, Nanjing 210098, China; 3. Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China ）Abstract: A new meso-mechanical testing scheme based on SEM is developed to carry out the experiment of microfracturing process of rocks. The image of microfracturing process of the specimen can be observed and recorded digitally. The microfracturing process of Jinping marble specimen in Sichuan province under uniaxial compression is recorded by using the testing scheme. Quantitatively investigated the propagation and coalescent of cracks at meso-scale with digital technology, the basic geometric information of rock microcracks such as area, angle, length, width, perimeter, are obtained from binary images after segmentation. The failure mechanism of specimen under uniaxial compression with the quantitative information is studied from macro/micro scopic perspective. The result shows that during the damage of the specimen the distribution of microcracks in the whole specimen are still subjected to exponential distribution with some microcracks concentrated in certain regions. The conclusion indicates that the testing scheme is applicable. Key words: micromechanics; complete process of rock failure; digital micromechanics testing scheme; SEM image processing program1 引言材料细观结构演化导致宏观力学行为改变一直是固体力学和材料科学研究的热点。

岩石力学研究新进展 ppt课件

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其是工程地质方面的学科的理论与方法进一步完善。特别是勘探手段与技术方法的发展紧密相关。因此要发展岩体力学着门学科，应密切注视工程地质学科方面的发展，它们是相辅相成密不可分的。
二、固体力学成就在岩体力学中的应用
（一）断裂力学在岩体力学中的应用
目前，岩石断裂力学的应用前景主要如下：
质、毫米—微米级的裂纹为细观尺寸。 • 3、发育在岩石矿物晶体内部，一般对岩石的
宏观力学性质没有直接影响的微裂纹、位错等为微观尺寸。 • 岩石细观力学是研究细观尺寸上岩石破裂演化过程及破坏规律的科学。
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• 2 岩石力学细观力学研究方法 • 1）理论上：统计细观损伤力学方法。包括细
观描述、统计描述和宏观描述。
（一）在室内模拟试验方面，离心模拟试验由于具有其他模拟试验方法所不具备的优点而受到注视。
（二）声波层析技术在岩体力学方面的应用受到注视。
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声波层析技术在岩体测试中的应用
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五、位移反分析法在岩体力学中的应用
1.位移反分析法：在岩体工程施工开挖过程中，通过测量位移、应变或应力，来确定岩体的初始地应力或岩体力学参数。
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离散单元
法算例：研究地下煤层开挖引起冒落和岩层移动，研究冒落带深度与节理间距的关
系。
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3.块体理论
块体理论就是针对个性各异的岩体中具有结构面这一共性，根据集合论柘朴学原理，运用矢量分析和全空间赤平投影图形方法，构造出可能有的一切块体类型，进而将这些块体和开挖面的关系分成可移动块体和不可移动块体，对几何可移动块体在按力学条件分为稳定块体、潜在关键块体、关键块体。

基于细观损伤的岩石受压本构关系模型研究

基于细观损伤的岩石受压本构关系模型研究
杨卫忠;王博
【期刊名称】《郑州大学学报（工学版）》
【年(卷),期】2010(031)006
【摘要】结合岩石破坏特征,将岩石变形分解为弹性变形和由于微裂缝滑移的塑性变形两部分,由此提出一种细观损伤单元,发展了一类细观损伤物理模型,并从细观层次上解释岩石受压应力-应变关系中的非线性和应变软化现象;基于平衡和变协调条件,建立弹塑性受压本构关系模型,并建议了塑性变形的简化计算方法,利用统计损伤理论和优化算法,确定损伤演化方程,并探讨模型参数与围压的经验关系,进而建立起基于特定围压下的岩石损伤本构关系预测方法.该方法与已有试验结果相比较,结果吻合较好.
【总页数】4页(P6-9)
【作者】杨卫忠;王博
【作者单位】郑州大学,土木工程学院,河南,郑州,450001;郑州大学,土木工程学院,河南,郑州,450001
【正文语种】中文
【中图分类】TU452
【相关文献】
1.冻融循环下轴心受压砖砌体损伤本构关系模型 [J], 商效瑀;郑山锁;徐强;刘春成
2.纤维混凝土受压细观统计损伤本构模型研究 [J], 关虓;牛荻涛;吴博;王家滨
3.三轴压缩岩石损伤扩展细观机理及其本构模型 [J], 任建喜
4.岩石细观损伤力学特性及本构关系的CT识别 [J], 杨更社
5.拉应力条件下岩石细观力学本构模型和渗透系数张量研究(I):各向异性损伤本构模型 [J], 韦立德;杨春和;徐卫亚
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我国岩石力学的研究现状及其进展

第19卷　增刊西安矿业学院学报V ol.19Suppl.　1999年9月　JO U RNA L OF X I'A N M I NI NG INST I T U T E Sept.1999我国岩石力学的研究现状及其进展杨更社(西安科技学院建筑工程系,西安710054)摘　要:论述了我国岩石力学的研究现状及其进展,回顾了岩石力学在我国的发展历史以及岩石力学专家们一些年来所取得的主要成果;总结了我国岩石力学与工程的发展特色,并对可预期的进展及其前景进行了展望分析。

关键词:岩石力学;研究;进展中图分类号:T U452 文献标识码:A 文章编号:1001-7127(1999)S0-005-07我国的岩石工程有着长时期的发展历史。

在古代,著名的都江堰水利工程和闻名全球、被誉为世界八大奇观之一的万里长城以及由北京直达杭州的古老运河等都是代表性的佳作。

在当时,先辈们凭借丰富的实践经验设计施工,还没有建立岩土力学的概念。

新中国成立以后,各项经济建设事业取得了极大的发展,同时,也遇到了许多与工程地质及岩土力学密切相关的技术难题。

如特殊的区域性构造地质、松散破碎复杂岩基、高地应力作用下的极软岩、大跨洞室围岩的大变形、水工隧洞群之间的相互受力作用、高陡岩坡的持续稳定、岩体内的不稳态渗流,以及“三下”(铁路下、水下和建筑物下)采煤等等工程建设中遇到的十分突出的问题。

交通、能源、水利水电与采矿工业各个经济领域的需要对岩石力学与工程学科在我国的发展起到了有力的促进作用[1],[2]。

从50年代末开始,我国有历史意义的大型水利水电工程设计勘测的大规模展开,为岩石力学的试验和理论研究以及实际的工程应用注入了巨大的活力[3],[4]。

80年代末,中国政府决定正式兴建长江三峡工程,更大量的岩石力学与工程问题摆在中国专家、学者们的面前,如长达6km、坡高最大达170m的永久船闸高边坡岩体开挖,其整体稳定性与变形机制、岩体流变与地下水渗流等等极为复杂多变的岩石力学课题[5]。

低孔隙度岩石细观本构模型及损伤—渗流耦合研究

低孔隙度岩石细观本构模型及损伤—渗流耦合研究多场耦合问题的研究近年来成为现代岩石力学的一个重要分支，其原因是该领域的研究涉及到诸多工程应用，如核废料处置、石油二次开采、二氧化碳地下封存、高坝坝基安全性评估等等。

目前该领域在数学模型、原位实验、计算程序三个方面取得了一定的进展，对岩石、结构面、岩体耦合机制的研究仍需进一步完善。

就岩石而言，学者们致力寻求一个可以完全描述应力-应变全过程中渗透率种种变化规律的模型，尤其希望模型能够正确反映出岩石损伤引起的渗透率各向异性演化。

本文选择低孔隙度岩石作为研究对象，采用细观力学作为研究工具，全面展开本构模型和渗透率演化模型的研究。

论文的主要研究成果和研究工作归纳如下：(1)对当前岩石力学中常用建模理论、荷载(变形)引起的渗透率演化模型、数值方法进行综述。

对比损伤力学中的两个分支：连续损伤力学和细观损伤力学，陈述本文选用细观损伤力学建立本构模型和渗透率演化模型的因由。

指出现有的岩石和岩体渗透率演化模型的不足之处，在此基础上提出本文的研究思路和研究方法。

(2)选用基于应变的数学格式建立岩石的细观本构模型。

在归纳出低孔隙度岩石三轴试验各种现象的基础上，提出了建模的预期目标。

叙述了建模的步骤、REV尺度的确定以及所采用的岩石概念模型：将岩石视为岩石基质和微裂纹系统组成的二元介质。

把微裂纹分为张拉／压剪两类，建立了张拉／压剪微裂纹的判别准则，在应变空间中对判别准则进行表达。

对张拉微裂纹进行细观力学分析，推导了张拉微裂纹扩展的判别准则和演化方程。

应用能量原理推导了张拉微裂纹的四阶均匀化刚度张量和四阶切线均匀化刚度张量。

(3)在评述当前常用的微裂纹滑移准则的基础上，提出了本文的滑移准则，考虑了微裂纹滑移引起的裂纹面法向膨胀，以及由法向膨胀引起的微裂纹进一步扩展，阐明了滑移-扩展相互影响的细观力学机制。

推导了压剪微裂纹的四阶切线均匀化刚度张量，通过球面积分推导了含微裂纹系统的增量本构表达式。

损伤力学文献综述-基于断裂力学与损伤力学的岩石强度理论研究进展

研究生课程论文（2013-2014学年第二学期）基于断裂力学与损伤力学的岩石强度理论研究进展研究生：刘延禄提交日期：2014年4月12日研究生签名：刘延禄基于断裂力学与损伤力学的岩石强度理论研究进展摘要：岩石强度理论是一个复杂的科学问题，它的目的在于给出岩石在复杂应力状态下失稳破坏时岩石参数与外部荷载及环境因素所满足的条件。

建立一种科学合理的岩石强度理论，对于工程设计、灾害预防、资源开发等领域具有重要意义。

随着对岩石本质特征认识的不断深入，岩石强度理论的研究逐渐由经典强度理论向断裂强度理论、损伤强度理论发展。

文中对经典岩石强度理论的研究进行了简要回顾，总结了基于断裂力学以及损伤力学分析的岩石强度理论研究进展。

关键词：岩石；强度理论；断裂；损伤；细观力学由于岩石是一种特殊的地质材料，受地质构造的影响，岩石的组织结构极度不均匀，孔隙、裂隙、夹杂、节理、断层等大量缺陷充斥其中，因而均匀连续假设与岩石的实际情况并不相符，建立在连续统力学基础上的岩石强度理论受到了严重挑战。

随着相关学科，尤其是非线性科学的迅猛发展，岩石力学的研究融合了经典弹塑性力学、断裂力学、损伤力学、热力学、物理学、化学、地质学、矿物学、信息论、控制论、系统论等学科，使岩石力学的研究逐渐超越了经典固体力学的框架，极大地丰富了岩石力学的研究内涵。

1.1损伤力学的概念认识在外载或环境作用下，由细观结构缺陷(如微裂纹、微孔隙等) 萌生、扩展等不可逆变化引起的材料或结构宏观力学性能的劣化成为损伤。

介乎两者之间的还有准脆性损伤。

损伤力学的定义：损伤力学(Damage mechanics)指研究材料中微空隙或微裂纹的发展及其对应力、应变和破坏影响的学科，它是固体力学的分支。

其主要分支为：连续损伤力学和细观损伤力学。

其中，连续损伤力学是指利用连续介质热力学与连续介质力学的唯象学方法，研究损伤的力学过程；它着重考虑损伤对材料宏观力学性质的影响以及材料和结构损伤演化的过程和规律，而不细观察其损伤演化的细观物理与力学过程，只求用连续损伤力学预计的宏观力学行为与变形行为宏观实验结果与实际情况。