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《基于断裂力学与损伤力学的岩石强度理论研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、1086自然科学进展第14卷第10期2004年10月＊基于断裂力学与损伤力学的岩石强度理论研究进展1,2111谢和平彭瑞东周宏伟鞠杨1.中国矿业大学北京校区岩石力学与分形研究所,北京100083;2.四川大学,成都610065摘要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岩石强度理论是一个复杂的科学问题,它的目1经典岩石强度理论的在于给出岩石在复杂应力状态下失稳破坏时岩石参数
2、与外部荷载及环境因素所满足的条件.建立一在古典强度理论的发展过程中,唯象的试验研种科学合理的岩石强度理论,对于工程设计、灾害究是主要手段,经验主义主导着研究思路,因此古预防、资源开发等领域具有重要意义.典强度理论仅适用于简单应力状态.随着实验测试早期的岩石强度理论研究属于传统固体力学研手段和数学分析方法的发展,提出了各种广义强度究范畴,沿用了经典连续统力学的研究手段.由于理论,其目的在于建立复杂应力状态下固体材料屈岩石是一种特殊的地质材料,受地质构造的影响,服破坏的临界准则,即: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f(
3、σij,εij,﹒εij,t,T,K1,K2,…,Kn)=0,(1)设与岩石的实际情况并不相符,建立在连续统力学式中σij为应力张量,εij为应变张量,﹒εij,t为随时间基础上的岩石强度理论受到了严重挑战.随着相关变化的应变速率张量,T为环境温度,K1,学科,尤其是非线性科学的迅猛发展,岩石力学的[1,2]K2,…,Kn为材料常数.俞茂宏等对各种强度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、信理论进行了归纳,将其分为三大系列:单剪强度理息论、控制论、系统论等学科,使岩石力学的研究论、三剪强度理论(八面体切应力强度理论)、双剪逐
4、渐超越了经典固体力学的框架,极大地丰富了岩强度理论.继五大古典强度理论之后蓬勃发展起来石力学的研究内涵.岩石强度理论的研究也逐渐从的各种广义强度理论充分利用了现代数学、力学的古典强度理论、广义强度理论等经典强度理论发展研究成果,克服了古典理论唯象性的缺陷,将理性到将断裂、损伤过程考虑进去的强度理论,从宏观分析推导与实验经验相结合,较好地解决了强度理唯象研究发展到跨尺度多层次的理性研究.论的计算问题,较之古典理论与实验数据的吻合性更好.从1773年提出的Coulomb准则到后来的Mohr2004-01-13收稿,2004-05-08收修改稿＊国家重点基础研究发展规划(批准
5、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E-mail:xiehp@scu.edu.cn;xiehp@cumtb.edu.cn自然科学进展第14卷第10期2004年10月1087准则,以及1952年提出的Drucker-Prager准则和后大许可拉应力值,ξ0和σe无法由实验方法测得,来修正的各种广义三剪准则,乃至1985年提出的1但由于两者与抗拉强度σt之间存在关系-σeξ0=2广义双剪准则,这些准则基本都可以用20世纪90σt,因此在实际应用中可通过抗拉强度σt来代替.年代初提出的统
6、一强度理论来表示,它们具有一致[8]考虑裂纹闭合时的摩擦效应,McClintock等的力学模型和数学表述,基本都是在连续介质固体对Griffith准则进行了修正,提出力学框架内,通过一定的弹塑性分析,结合试验归纳得到的经验准则.这些准则是古典固体强度理论1σ1-σ3σeξ0=--和广义固体强度理论在岩石材料方面的应用和推22μ+1广,可称之为经典强度理论.许多学者对经典强度μ(σ1-σ3)理论做了详细的总结[3～5].历经数百年的发展,经μ(σ1+σ3)-,(3)2μ+1典岩石强度理论已经基本能够反映岩石的强度特性,是相关工程设计中分析计算的重要依据,在计式中μ为裂纹面
7、上的摩擦系数,以抗压强度σc代算机仿真和非线性有限元分析中具有重要作用.但替ξ0和σe则得到下式:是,由于经典岩石强度理论采用了连续介质的假定,与岩石材料的实际不符,因此经典理论未能解2μ+1+μσ1=σ3+σc,(4)2决岩石强度的离散性、随机性等问题,也没有回答μ+1-μ岩石强度特性与岩石组织结构之间的关系问题.因[9]根据Griffith准则的特点,Murrell将其推广此迫切需要从岩石的组织结构出发,采用新的研究到三维情形:手段,发展经典岩石强度理论.2222基于断裂力学的岩石强度理论(σ1-σ2)+(σ2-σ3)+(σ3-σ1)
