互层盐岩体的cosserat介质扩展本构模型

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1、第24卷第23期岩石力学与工程学报Vol.24No.232005年12月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringDec.，2005互层盐岩体的Cosserat介质扩展本构模型杨春和，李银平(中国科学院武汉岩土力学研究所，湖北武汉430071)摘要：针对由不同岩层交替而组成的互层盐岩体，如含夹层盐岩体，建立一种新的代表单元，考虑具有不同力学特性相邻岩层之间的细观位移协调，建立了宏观平均意义下考虑细观弯曲效应的Cosserat介质扩展本构模型，并对该模型进行了初步的试验验证。该模型为分析层状盐岩体提供了一条新思路：首先利用该模型求得平均意义下的Coss

2、erat应力，然后再回到某材料点，得到传统意义上的各层岩体的不等梯度的甚至非连续的各层介质的应力应变；结合传统的材料强度理论，可以判断某层盐岩体介质是否开始破坏。该模型可直接推广到三维和非线性问题，将为层状盐岩体内硐室稳定性分析提供关键理论基础。关键词：岩石力学；Cosserat介质；层状盐岩体；非均质体；位移协调；本构模型中图分类号：TU45文献标识码：A文章编号：1000–6915(2005)23–4226–07EXPANDEDCOSSERATMEDIUMCONSTITUTIVEMODELFORLAMINATEDSALTROCKYANGChun-he，LIYin-ping(Institut

3、eofRockandSoilMechanics，ChineseAcademyofSciences，Wuhan430071，China)Abstract：AnewexpandedCosseratmediumconstitutivemodel，inwhichtheinfluenceofbendingwastakenintoaccount，wasproposedforbilaminate-layeredsaltrock.Inthismodel，anewunitcell，namely，thematerialpointcontainingtwoalternatelayers，wasemployedtos

4、imulatethecoordinationofthemeso-displacementbetweentwolayerswithmismatchmechanicalproperties.Itwasvalidatedprimarilybyanexperimentonlaminatedsaltrocksamplesunderuniaxialcompression.Thismodelprovidesanewwayfortheanalysisoflayeredsaltrock.HavingtheCosseratstresses，namely，themacro-averageones，whichhave

5、beendetermined，theconventionalstressesofthedifferentlayersinaunitcellcanbeobtainedinsequence.Thentheconventionalstressescanbeutilizedthrougharoutinewayforthestrengthandfailureanalysis.Theproposedmodelcanbeexpandedtosolvethree-dimensionalandnonlinearproblemsdirectly，andisexpectedtoprovideakeytheoreti

6、calframeforthestabilityanalysisoftheundergroundopeningsinlaminatedsaltrock.Keywords：rockmechanics；Cosseratmedium；laminatedsaltrock；heterogeneity；coordinationofdisplacement；constitutivemodel特征尺寸(节理面间距、层厚、裂纹尺寸和夹杂尺寸1引言等)和所研究的物体的宏观尺寸相比很小时，经常采[1～9]用非均质体均匀化方法。基于经典的连续介质对于非均质或者非连续的介质，当细观微结构力学的等效连续体模型被广泛采用，但

7、是对于层状收稿日期：2005–06–17；修回日期：2005–08–17基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412704)；国家自然科学基金资助项目(50374064，50434050)；中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学重点实验室开放基金资助项目(Z110305)作者简介：杨春和(1962–)，男，博士，1983年毕业于江西冶金学院采矿工程系，现任研究员，主要从事岩石