脆性岩石广义多轴应变能强度准则及试验验证

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1、第27卷第1期岩石力学与工程学报Vol.27No.12008年1月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringJan.，2008脆性岩石广义多轴应变能强度准则及试验验证黄书岭，冯夏庭，张传庆(中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北武汉430071)摘要：通过分析脆性岩石多轴试验中的强度和破坏规律，在已有研究成果基础上，将其强度和破坏控制类型主要归结为3种：类型1，低静水压力时裂缝张开扩展，主要表现为张性微裂缝控制型脆性破坏；类型2，静水压力很高时，

2、裂缝闭合，主要表现为摩擦滑移控制型延性破坏；类型3，处于两者之间时，微裂缝一部分张开，一部分闭合，主要表现为两者复合控制型脆延破坏。在分析脆性岩石强度的静水压力、中间主应力、最小主应力以及应力Lode角等4种效应的基础上，提出子午面上与Mohr-Coulomb准则包络线自然衔接的广义双曲线型破坏函数及八面体偏平面上光滑角隅型破坏函数，从而建立非线性广义多轴应变能强度准则。该准则包含单轴抗压和抗拉强度，在静水压力较低时，实质上它是Griffith-Murrell准则在多轴应力状态下的一种扩展形式，反映脆性岩石破坏类

3、型1；在很高静水压力下该准则可转化为广义Mises准则，反映脆性岩石破坏类型2；而当静水压力较高时，该准则处于上述两种准则的过渡阶段，反映脆性岩石破坏类型3。最后，通过对不同种类岩石多轴试验结果的验证分析，表明该准则能够较为合理地描述上述4种效应，而且能够反映非线性强度特征和拉压强度的显著区别，可广泛地适用于各种脆性岩石。关键词：岩石力学；脆性岩石；广义多轴应变能强度准则；张性微裂缝控制型破坏；摩擦滑移控制型破坏；复合控制型破坏；多轴试验数据中图分类号：TU45文献标识码：A文章编号：1000–6915(2008

4、)01–0124–11ANEWGENERALIZEDPOLYAXIALSTRAINENERGYSTRENGTHCRITERIONOFBRITTLEROCKANDPOLYAXIALTESTVALIDATIONHUANGShuling，FENGXiating，ZHANGChuanqing(StateKeyLaboratoryofGeomechanicsandGeotechnicalEngineering，InstituteofRockandSoilMechanics，ChineseAcademyofSciences，

5、Wuhan，Hubei430071，China)Abstract：Basedonsomeprincipalrulesofbrittlerocks′polyaxialtestsandpreviousresearches，threecontrollingfailuretypesforbrittlerockareobtained.Thefirsttyperepresentsthebrittlefailurecontrolledbyextensionmicrocrackundertheconditionoflowerhy

6、drostaticpressure；thesecondrepresentstheductilefailurecontrolledbyfrictionslidingactionundertheconditionofhigherhydrostaticpressurewhenmicrocrackisclose；andthethirdrepresentsbrittle-ductilefailuretypecontrolledbymultiplefactorsmentionedaboveundertheconditiono

7、fhighhydrostaticpressurewhensomemicrocracksareopenandothersareclose.Onthebasisoftheachievedresultandtheeffectofstresssuchasminorprincipalstress，intermediateprincipalstress，hydrostaticpressure，stressLodedegree，ageneralizedhyperbolicfailurefunctionadaptednatura

8、llywiththeenvelopeformofMohr-Coulomb收稿日期：2007–05–23；修回日期：2007–07–30基金项目：国家自然科学基金资助项目(50539090，50325414)；国家高技术研究发展计划863项目(2006AA06Z117)；中国科学院岩土力学与工程重点实验室开放基金资助项目(Z000603)作者简介：黄书岭(1978–)，男，