损伤与断裂力学论文.docx

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1、损伤力学研究的是材料内部缺陷的产生和发展引起的宏观力学效应以及缺陷最终导致材料破坏的过程和规律。1958年Kachanov在研究蠕变断裂时引入了损伤力学的概念，提出了“连续性因子”和有效应力。1963年Rabotonov在Kachanov基础上引入了“损伤变量”的概念，奠定了损伤力学的基础。在其后的二三十年中，各国学者对损伤力学的基本概念、研究方法、损伤变量的定义等做了大量的开创性工作，极大推动了损伤力学理论的进展。1976年Dougill将损伤力学从金属材料中引入到岩石材料，之后岩石损伤力学迅速发展，已成为当今岩石研究领域的热门课题之一。岩石损

2、伤力学的研究关键是定义材料的损伤变量及正确地给出演变规律的本构方程。能否得到合理的损伤演变方程和含损伤的本构方程关键是对损伤变量的定义是否合理，建立一个损伤模型的基本要求是能在实验中直接或间接确定与损伤演变规律有关的材料参数。对损伤变量的定义，从损伤力学提出就开始进行广泛的研究，可从微观和宏观这两个方面选择。微观方面，可以选择裂纹数目、长度、面积和体积等；宏观方面，可以选择弹性模量、屈服应力、拉伸强度、密度等。国内学者唐春安从岩体材料内部所含裂纹缺陷分布的随机性出发，利用岩石微元强度服从正态分布或Weibull分布的特征，用发生破坏的微元数在微元

3、总数中所占的比例来定义损伤变量。谢和平等将分形几何理论应用于岩石损伤研究中，将岩石损伤程度的增加看作是分形维数的增加，从损伤与断裂之间的联系方面定量的描述了损伤，从而创建了分形几何与岩石力学理论体系，提出了分形损伤力学理论。从微观角度出发对损伤变量进行定义，不仅物理意义明确，而且能够比较真实地反映材料性能逐渐劣化，但是从微观角度定义的损伤变量难以量测。Lamaitre基于弹性模量变化用无损杨氏模量和损伤杨氏模量定义损伤变量，谢和平和鞠杨等讨论了该损伤变量定义的适用条件，进行了修正。使基于宏观弹性模量定义的损伤变量在实际应用中比较方便，但这种定义方

4、法需要事先知道材料的初始弹性模量，而且在实际的工程中很多材料都有具有初始损伤的。谢和平、鞠杨等认为单元强度丧失实则为其粘聚力的丧失，即单元在经历一定的能量耗散后，其内部的损伤达到了最大值，与此同时微结构中的粘聚力完全丧失。国内外学者进行了大量通过能量分析的方法来描述岩体的破坏行为的研究。另外还有学者使用CT技术在岩石损伤检测中的应用，并给出了一种基于CT数的损伤变量通过对波速的测量分析岩石中的损伤程度来确定损伤变量。无损检测技术在越来越多的领域得到应用，究其原因是它操作简单、费用低、对材料的影响小。但是对于岩石材料，因为材料本身颗粒较大，密度不均

5、匀，所以导致精度不是很高。目前对岩石损伤演变本构关系的研究是岩石力学的研究主要方向之一，在这一问题上主要有两种研究方法:第一种是建立在试验的基础上，提出岩石损伤变量与应力应变之间存在某种联系，通过理论假设与实验验证建立损伤本构关系；另一种是直接分析岩石微元强度的分布特点，利用概率论的方法直接建立损伤变量与应力应变之间的关系，从而建立损伤本构关系。然而，通过以上两种方法建立起来的损伤本构关系有很多不足，最明显的是在围压一定的条件下，岩石应变软化过程中，岩石损伤部分仍然具有一定的承载能力，即存在残余应力，这是目前的损伤本构关系无法反映的；再有就是通过

6、以上方法建立的岩石损伤本构关系势必存在很多参数，对于参数如何确定，目前还没有很好地解决办法，这也导致了计算结果与现场实际存在比较大的误差。这些问题如何解决，如何更好的建立岩石损伤本构关系，国内外学者进行了广泛的研究。Mclintock等学者提出了初步的细观本构模型，后来Gurson等对这种模型进行了深入的研究，分析了微孔洞的损伤如何材料变形产生影响以及影响是何种形式的，这标志着细观损伤力学向前推进来一大步。如何从细观发展到宏观的系统损伤本构理论，卢应发，葛修润进一步进行研究，通过引入转化因子，描述微观应变向宏观应变的一个物理量，建立了新的岩石损伤

7、本构关系。任建喜、葛修润做了大量CT试验进行验证，并结合工程实际，就岩石峰值前的应力应变给出了损伤演变方程和损伤演变本构关系。赵吉东、周维垣等从应变梯度理论的角度，结合传统模型考虑应变梯度项影响，建立梯度损伤模型。张全胜对应变等价原理进行了推广，认为损伤存在基准损伤，也存在正损伤和负损伤，通过岩石损伤的CT试验，提出并验证单轴压缩情况下的岩石损伤本构关系。曹文贵在传统岩石损伤的定义上进一步修正，认为岩石虽然已经损伤，但是并不代表损伤部分失去了承载能力，同时岩石在受力过程中部分材料受到破坏，部分材料并未破坏，两部分受力有所不同，在这个基础上，提出了

8、一种新的统计损伤模型，同时采用不同的损伤破坏判断准则进行研究，进而建立基于特定围压下的岩石统计本构模型。杨圣奇、徐为亚等假设岩石强度符合