能量耗散弹性损伤本构方程和其在围岩稳定分析中应用

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1、第24卷第15期岩石力学与工程学报Vol.24No.152005年8月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringAug.，2005能量耗散弹性损伤本构方程及其在围岩稳定分析中的应用1222李树忱，李术才，朱维申，隋斌(1.山东大学土建与水利学院城市地下空间系，山东济南250061；2.山东大学岩土与结构研究中心，山东济南250061)摘要：在内变量不可逆热力学的理论框架下，应用能量耗散的基本原理，求解弹性损伤的等效应变和损伤演化方程，建立损伤屈服准则。应用考虑

2、能量耗散的本构方程，求解大型地下洞室围岩稳定问题，从分析结果能够给出洞室围岩损伤演化区的范围和损伤值的大小，进而判断洞室围岩何处发生损伤和断裂。认为损伤值等于1.0时，材料发生完全断裂，此时材料的破坏分析应借助宏观断裂力学的手段来进行。因此，该法为工程分析提供了细观上的理论依据，同时也为宏观分析提供了手段。关键词：岩土力学；能量耗散；不可逆热力学；弹性损伤；岩石断裂；本构方程；围岩稳定中图分类号：TU45文献标识码：A文章编号：1000–6915(2005)15–2646–08DAMAGECONSTIT

3、UTIVEEQUATIONSFORENERGYDISSIPATIONANDITSAPPLICATIONSTOSTABILITYANALYSISOFSURROUNDINGROCKMASSOFCAVERNS1222LIShu-chen，LIShu-cai，ZHUWei-shen，SUIBin(1.DepartmentofUndergroundSpace，SchoolofCivilandHydraulicEngineering，ShandongUniversity，Jinan250061，China；2.Ge

4、otechnicalandStructuralEngineeringResearchCenter，ShandongUniversity，Jinan250061，China)Abstract：Theconstitutivemodelisformulatedwithintheirreversiblethermodynamicsframework，applingthebasicprincipleofenergydissipation；theeffectivestrainoftheelastic-damage，

5、theevolutionequationsofthedamageandtheyieldingcriterionofthedamagearederived.Theconstitutiveequationsforthedamagedrockmassarewrittenaccordingtotheprincipleofstrainenergyequivalencebetweentherawrockmassanddamagedrock.Thedamagedrockmassismodeledbyusingthec

6、onstitutivelawsoftheeffectiveundamagedrockmassinwhichthenominalstressesarereplacedbytheeffectivestresses.Anadditivedecompositionofthetotalstrainintoelasticandinelasticpartsisadopted.Theelasticpartisfurtherdecomposedintotwoportions，oneisrecoverableelastic

7、distortionandtheotherisunrecoverableelasticdistortion，namelyelasticdamageddistortion.Theinelasticpartisalsodecomposedintotwoportions，oneisplasticdistortionandtheotheriscrackclosuredistortion.Theproposedmodelsareappliedtoanalyzethestabilityofcavernsofwhic

8、htheresultgivesthedamagevaluesandzonesofthesurroundingrockmassofcaverns.Thesevaluesandzonesshowwheredamageandfractureoccur.Thepapersupposesthatwhenthedamagevalueisequalto1.0，therockmassisdefinedasfullyfractured.Andthenthem