巖石的損傷力學(xué)及斷裂力學(xué)綜述-wenkub
2023-07-10 02:33:54 本頁面
【正文】 缺陷,因此經(jīng)典斷裂力學(xué)中物體的缺陷僅僅表現(xiàn)為有奇異缺陷的存在。巖石的破壞, 如脆性斷裂和塑性失穩(wěn), 雖然有突然發(fā)生的表面現(xiàn)象, 但是, 從材料損傷的發(fā)生、發(fā)展和演化直到出現(xiàn)宏觀的裂紋型缺陷, 伴隨著裂紋的穩(wěn)定擴(kuò)展或失穩(wěn)擴(kuò)展, 是作為過程而展開的。巖石的斷裂力學(xué)及損傷力學(xué)綜述摘要：論述了國內(nèi)外斷裂力學(xué)及損傷力學(xué)的學(xué)科發(fā)展歷程，總結(jié)了巖體斷裂力學(xué)損傷力學(xué)的研究內(nèi)容、研究特點(diǎn)以及巖石力學(xué)專家們一些年來所取得的主要成果，并簡單介紹了斷裂力學(xué)損傷力學(xué)在巖土工程中的實(shí)際應(yīng)用。 經(jīng)典的斷裂力學(xué)廣泛研究的是裂紋及其擴(kuò)展規(guī)律問題。 而損傷力學(xué)所研究的是連續(xù)分布的缺陷, 物體中存在著位錯(cuò)、微裂紋與微孔洞等形形色色的缺陷,這些統(tǒng)稱為損傷。 事實(shí)上, 物體中往往同時(shí)存在著奇異缺陷和分布缺陷。 斷裂力學(xué)最早是在1920年提出的。1957年，歐文應(yīng)用Westergaard ②裂紋在外部載荷和（或）其他因素作用下的擴(kuò)展過程。它也包括兩個(gè)內(nèi)容：分析裂縫端部的應(yīng)力場和位移場； 確定巖石斷裂韌度。對于裂紋巖石斷裂的研究和應(yīng)用，國外也已引起高度重視，但國內(nèi)尚處于初始階段。在這方面，國內(nèi)已經(jīng)做過不少工作?？崭箟螇熙鄳?yīng)力狀態(tài)更為復(fù)雜，又無明確規(guī)定。 對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)。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。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)力場與位移場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)場巖體內(nèi)裂紋的監(jiān)測手段與防斷措施，；g非均質(zhì)、各向異性與加載速率等因素對巖石斷裂的影響。巖石損傷力學(xué)理論在國內(nèi)外都得到了長足的發(fā)展，研究成果斐然。他首次發(fā)展了分形幾何，并將巖石微損傷與宏觀斷裂用分形幾何聯(lián)系，定量描述了巖石類材料的損傷，提出了分形損傷力學(xué)理論。所以損傷力學(xué)就是研究各種加載條件下，物體的損傷隨著變形而發(fā)展并最終導(dǎo)致破壞的過程和規(guī)律。許江等(1986) 采用帶有加載裝置的光學(xué)顯微鏡進(jìn)行了砂巖在不同加載階段的損傷裂紋分析；謝和平(1989) 對巖石在各種加載條件下破壞斷口進(jìn)行分析；孫鈞(1992) 、趙永紅(1993) 分別采用帶有微型加載裝置的掃描電鏡對巖石的微損傷擴(kuò)展進(jìn)行研究。CT 識別巖石損傷不但可以無擾動(dòng)巖樣損傷檢測，更重要的是通過CT 圖像、CT 數(shù)大小和CT 數(shù)定量地與巖石損傷變量和損傷擴(kuò)展聯(lián)系起來，為建立巖石損傷擴(kuò)展本構(gòu)關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。 損傷力學(xué)選取合適的損傷變量（可以是標(biāo)量、矢量或張量），利用連續(xù)介質(zhì)力學(xué)的唯象方法或細(xì)觀力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法，導(dǎo)出含損傷的材料的損傷演化方程，形成損傷力學(xué)的初、邊值問題的提法，并求解物體的應(yīng)力場、變形場和損傷場。一直以來，人們對巖石宏觀力學(xué)性能的劣化直至破壞全過程的計(jì)算方法、損傷機(jī)理、本構(gòu)關(guān)系和力學(xué)模型都非常重視，在力學(xué)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上用各種理論和方法進(jìn)行了研究，取得了豐碩的成果。從本質(zhì)上講，巖石的力學(xué)行為是由其內(nèi)在的細(xì)觀結(jié)構(gòu)所決定的，尤其是受巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)損傷及其演化、發(fā)展的控制，其宏觀的損傷破壞行為是由于細(xì)觀尺度上的損傷不斷累積和發(fā)展的最終結(jié)果。這個(gè)提法無疑也適用于巖體和巖石力學(xué)，由于巖體結(jié)構(gòu)造成的巖體宏觀各向異性力學(xué)特性遠(yuǎn)較土體顯著，在巖石力學(xué)里解決這一問題要求也顯得更為迫切，意義也更為重大。無庸諱言，和巖土塑性力學(xué)相比，巖體損傷力學(xué)目前基本上還停留在研究階段，尚未成為一種有效的設(shè)計(jì)工具。而實(shí)際情況是，工程巖體的工作狀態(tài)多為壓剪狀態(tài)，此時(shí)巖體宏觀上具有很強(qiáng)的塑性流動(dòng)特征(這也是巖土極限分析的基本依據(jù))，巖體內(nèi)耗散的細(xì)觀
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