巖石的損傷力學(xué)及斷裂力學(xué)綜述-文庫(kù)吧
2025-06-10 02:33 本頁(yè)面
【正文】 漸被許多巖石力學(xué)工作者所接受，近年來(lái)這方面的研究成果顯著增加。當(dāng)前巖石斷裂力學(xué)的主要問題也是合理地確定巖石斷裂韌度。 近幾年來(lái)，在金屬斷裂研究與應(yīng)用方面，開展了許多工作。對(duì)于裂紋巖石斷裂的研究和應(yīng)用，國(guó)外也已引起高度重視，但國(guó)內(nèi)尚處于初始階段。許多采礦工程中的實(shí)際問題，如礦山地壓，井巷破壞，采場(chǎng)頂板的下沉與管理，巖層移動(dòng)，露天礦邊坡的穩(wěn)定性，巖石斷裂機(jī)理等等，都將提到巖石斷裂力學(xué)研究的日程上來(lái)?？梢灶A(yù)料，斷裂力學(xué)將在礦山工程實(shí)際應(yīng)用方面表現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。 巖石斷裂力學(xué)的工程應(yīng)用（1） 巖石斷裂力學(xué)在地震研究中的應(yīng)用 由于淺源地震過程，本質(zhì)上是地殼巖石大規(guī)模的斷裂過程，所以引用斷裂力學(xué)來(lái)研究地震，便成為人們所注意的向題。在這方面，國(guó)內(nèi)已經(jīng)做過不少工作。例如把斷裂力學(xué)中的應(yīng)變能釋放率公式和位移公式與震級(jí)一能量公式用來(lái)求得震源參數(shù)與地殼巖石應(yīng)力狀態(tài)之間的關(guān)系，以服務(wù)于地震預(yù)報(bào)的目的；又如采用流變一斷裂模型，來(lái)解釋余震序列的時(shí)間滯后特性；再如用斷裂力學(xué)理論分析圓盤裂紋穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展條件，進(jìn)而討論斷層參數(shù)、應(yīng)力場(chǎng)參數(shù)和巖石物理力學(xué)特性參數(shù)與膨脹現(xiàn)象間的關(guān)系，以解釋有的地區(qū)震前沒有膨脹現(xiàn)象而有的地區(qū)震前卻有強(qiáng)烈的膨脹現(xiàn)象。目前金屬斷裂力學(xué)多注意拉應(yīng)力的作用，但用到多裂隙介質(zhì)的巖石中來(lái)時(shí)，則多是斷裂面處在壓應(yīng)力下的斷裂力學(xué)問題，會(huì)具有自己的特點(diǎn)，這方面似需作許多進(jìn)一步的工作。（2）斷裂力學(xué)對(duì)改進(jìn)重力壩剖面的設(shè)計(jì)和穩(wěn)定分析方法極有前途 現(xiàn)行重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，在正常荷載作用下，上游面不應(yīng)出現(xiàn)拉應(yīng)力。空腹壩壩踵應(yīng)力狀態(tài)更為復(fù)雜，又無(wú)明確規(guī)定。因此國(guó)內(nèi)一些空腹壩不得不把距壩基以上3 米高處上游面拉應(yīng)力為零作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。實(shí)際壩踵是應(yīng)力奇點(diǎn)，用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)分析其應(yīng)力是困難的。視壩踵為V 型切口，用斷裂力學(xué)方法分析其開裂條件是可行的。 對(duì)于較完整巖基上的重力壩，壩與基巖膠結(jié)面顯然是大壩的薄弱環(huán)節(jié)。試驗(yàn)已證實(shí)，在膠結(jié)面上存在一定的凝聚力。同時(shí)，由于施工缺陷、應(yīng)力集中等原因，膠結(jié)面上可能存在裂縫。因此壩踵開裂后至大壩失穩(wěn)前，裂縫沿膠結(jié)面有一個(gè)發(fā)展過程。用斷裂力學(xué)方法分析壩的穩(wěn)定性，研究裂縫的止裂條件和剩余韌帶區(qū)的強(qiáng)度條件，可能比目前采用的剪摩或純摩公式更為接近實(shí)際。目前國(guó)內(nèi)外都在研究這個(gè)課題。上述方法原則上也適用于巖質(zhì)邊坡和拱壩壩肩穩(wěn)定分析。 巖石斷裂力學(xué)中存在的主要問題 目前，巖石斷裂力學(xué)的研究與應(yīng)用存在問題不少，難度較大，尚待作出巨大的努力。今后應(yīng)該著重探討下列問題：a在受壓下，巖體內(nèi)裂紋閉合，邊界條件發(fā)生變化，因此，必須發(fā)展脆斷模擬與彈塑性斷裂模擬，進(jìn)行閉合裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)與位移場(chǎng)的解析研究以及分支裂紋端應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算研究；b巖石材料的本構(gòu)關(guān)系；c巖石在各向受壓條件下的斷裂機(jī)理；d巖石在單軸或多軸壓縮下的復(fù)合型斷裂判據(jù)；e 建立巖石靜、動(dòng)態(tài)斷裂韌性測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法，探討各類巖石斷裂韌性與傳統(tǒng)力學(xué)性能的關(guān)系；f現(xiàn)場(chǎng)巖體內(nèi)裂紋的監(jiān)測(cè)手段與防斷措施，；g非均質(zhì)、各向異性與加載速率等因素對(duì)巖石斷裂的影響。3 損傷力學(xué)損傷力學(xué)是固體力學(xué)的一個(gè)重要的分支學(xué)科，是應(yīng)工程技術(shù)的發(fā)展對(duì)基礎(chǔ)學(xué)科的需求而產(chǎn)生。它經(jīng)歷了一個(gè)從萌芽到壯大的過程，到現(xiàn)在已成為一個(gè)集中固體力學(xué)前沿研究的熱門學(xué)科。在金屬材料、復(fù)合材料和巖土工程等領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展，并為研究巖石的力學(xué)性質(zhì)、損傷破壞機(jī)理提供了新的研究思路和有效的研究方法。巖石損傷力學(xué)理論在國(guó)內(nèi)外都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，研究成果斐然。國(guó)外最早提出了損傷力學(xué)的思想的是 Kachanov（1958），但首先提出巖石損傷力學(xué)的是 Dougill（1976）。 我國(guó)學(xué)者對(duì)巖石損傷力學(xué)也進(jìn)行了大量的研究。國(guó)內(nèi)最早從事巖石損傷力學(xué)方面的研究工作和首先提出分形損傷力學(xué)理論的是謝和平，他基于巖石微觀斷裂機(jī)理和蠕變損傷理論的研究，把巖石有限元分析和材料損傷結(jié)合起來(lái)，形成了巖石損傷力學(xué)的理論體系。他首次發(fā)展了分形幾何，并將巖石微損傷與
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