巖石的損傷力學(xué)及斷裂力學(xué)綜述(完整版)
【正文】 的重大突破應(yīng)歸功于歐文應(yīng)力場強(qiáng)度因子概念的提出，以及以后斷裂韌性概念的形成。損傷力學(xué)就是研究在各種加載條件下, 物體中的損傷隨變形而發(fā)展并導(dǎo)致破壞的過程和規(guī)律。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。 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。 事實上, 物體中往往同時存在著奇異缺陷和分布缺陷。1957年，歐文應(yīng)用Westergaard 它也包括兩個內(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。在這方面，國內(nèi)已經(jīng)做過不少工作。 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)。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。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。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。 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。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。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)計工具。自從巖石形成以來，經(jīng)歷了漫長的地質(zhì)歷史變遷，也經(jīng)受了多次構(gòu)造運(yùn)動，這就導(dǎo)致了巖石的結(jié)構(gòu)特征和力學(xué)特性的復(fù)雜性。所以，在實際分析問題時，不應(yīng)該強(qiáng)調(diào)二者的具體分工，而應(yīng)根據(jù)實際情況，更好地把兩者結(jié)合起來。參考文獻(xiàn)(References)：[1] David Roylance . Fracture mechanics Introduction[M].Massachusetts Institute of Technology ,2001.[2] 陳培善、谷繼成、李文香 從斷裂力學(xué)觀點(diǎn)研究地震的破裂過程和地震預(yù)報 地球物理學(xué)報，第20卷，第3期，1977 年。[4] 丁文鏡 對某些與膨脹現(xiàn)象有關(guān)因素的定性分析,地球物理學(xué)報,第22卷，第1期,1979年.[5] 潘家錚, 斷裂力學(xué)在水工結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用, 水利學(xué)報,1980年,第1 期.[6] 周群力等, ,地質(zhì),1 9 7 9 年第6 期.[7] 陶振宇, 關(guān)于巖石斷裂力學(xué)問題. 水文地質(zhì)工程地質(zhì), 1 9 7 9 年第6 期.[8] 楊更社. 巖石損傷特性的CT 識別[J ] ,巖石力學(xué)與工程學(xué)報,1996 , (1) :48～54.[9] 沈珠江?？梢韵嘈?，在不久的將來，將損傷理論與斷裂理論結(jié)合起來的破壞理論一定會在工程實踐和理論研究中得到更為廣泛的應(yīng)用和更大的發(fā)展。由此可見，巖石在宏觀的裂紋出現(xiàn)以前，就已經(jīng)產(chǎn)生了微觀裂紋和微觀孔洞，可以把這些微觀缺陷的出現(xiàn)和擴(kuò)展稱為損傷。作者認(rèn)為其中主要原因之一是研究和實際相互
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