巖石的損傷力學(xué)及斷裂力學(xué)綜述(更新版)
【正文】 脫節(jié)造成的。 因此，根據(jù)巖石所處的天然地質(zhì)環(huán)境、組構(gòu)特性及其損傷破壞的力學(xué)機理，應(yīng)用細觀損傷力學(xué)的基本原理、理論思想和研究方法，更加真實地描述彈脆性巖石細觀損傷演化特征，對預(yù)測巖石的強度、變形與損傷破壞等宏觀力學(xué)特性、分析巖石斷裂失效先兆、預(yù)測巖石動力學(xué)災(zāi)害的發(fā)生前兆都具有重要意義。對面向工程的巖體力學(xué)而言，應(yīng)著力發(fā)展各向異性損傷模型，在準唯象損傷力學(xué)的框架下進行研究。這些研究有力地推動了巖體損傷力學(xué)的發(fā)展，特別是在巖石損傷機理的解釋方面起到了積極作用。損傷力學(xué)認為材料內(nèi)部都或多或少地存在著一定的原始缺陷，材料的破壞過程就是這些原始缺陷在外力作用下的發(fā)展和演化過程。它經(jīng)歷了一個從萌芽到壯大的過程，到現(xiàn)在已成為一個集中固體力學(xué)前沿研究的熱門學(xué)科。同時，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。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)的巖石中來時，則多是斷裂面處在壓應(yīng)力下的斷裂力學(xué)問題，會具有自己的特點，這方面似需作許多進一步的工作。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。M在1939年提出的解平面問題的一個應(yīng)力函數(shù)求解了帶穿透性裂紋的空間大平板兩向拉伸的應(yīng)力問題，并引入應(yīng)力場強度因子K的概念，隨后又在此基礎(chǔ)上形成了斷裂韌性的概念，并建立起測量材料斷裂韌性的實驗技術(shù)，從而奠定了線彈性斷裂力學(xué)的基礎(chǔ)。因此, 為了更切合實際, 就必須把損傷力學(xué)和斷裂力學(xué)結(jié)合起來, 用于研究物體更真實的破壞過程。在裂紋的前緣存在著應(yīng)力應(yīng)變的奇異場,而裂紋尖端附近的材料假定同尖端遠處的材料性質(zhì)并無區(qū)別。最后，通過對巖石破壞的斷裂損傷理論的闡述，指出了綜合考慮損傷與斷裂的破壞理論是能更好地反映巖石實際破壞過程的一種新的理論, 可在以后的理論研究和實際工程中得以更為廣泛的應(yīng)用。從宏觀來看, 它們遍布于整個物體。當(dāng)時格里菲斯為了研究玻璃、陶瓷等脆性材料的實際強度比理論強度低的原因，提出了在固體材料中或在材料的運行過程中存在或產(chǎn)生裂紋的設(shè)想，計算了當(dāng)裂紋存在時，板狀構(gòu)件中應(yīng)變能變化進而得出了一個十分重要的結(jié)果：。③裂紋擴展到什么程度物體會發(fā)生斷裂。許多采礦工程中的實際問題，如礦山地壓，井巷破壞，采場頂板的下沉與管理，巖層移動，露天礦邊坡的穩(wěn)定性，巖石斷裂機理等等，都將提到巖石斷裂力學(xué)研究的日程上來。因此國內(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)計基準。目前國內(nèi)外都在研究這個課題。國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）。巖石損傷力學(xué)研究的重點是建立損傷變量(張量) 和損傷擴展本構(gòu)關(guān)系。楊更社等(1998) 還將這一技術(shù)應(yīng)用于三峽船閘高邊坡閃云斜長花崗巖的損傷檢測。但是，這些研究幾乎都是從唯象學(xué)的角度來考察巖體或巖石的強度、變形和損傷破壞等宏觀力學(xué)特性，忽略了巖石材料內(nèi)部復(fù)雜的細觀結(jié)構(gòu)，不能準確描述巖石的細觀演化特征，因此難以真實地揭示巖石宏觀變形和損傷破壞的機制。巖石力學(xué)成為一門獨立學(xué)科，其基本依據(jù)之一是承認巖體結(jié)構(gòu)對巖體宏觀力學(xué)特性的主導(dǎo)作用，這一基本依據(jù)應(yīng)該反映到巖石力學(xué)中最核心、最敏感的部分 本構(gòu)關(guān)系中去，顯然這一任務(wù)需要在損傷力學(xué)的框架下完成。也就是說，在壓剪狀態(tài)下巖土塑性理論就能很好地描述巖體變形特征；在拉剪情況下，巖體確實表現(xiàn)為彈脆性，但此時損傷穩(wěn)定擴展的范圍非常窄，考慮損傷演化的意義并不大，采用最大拉應(yīng)力準則即可。事實上，在物體的破壞過程中，往往同時存在損傷( 分布缺陷) 和裂紋( 奇異缺陷) ，而且在裂紋尖端附近的材料必然具有更嚴重的分布缺陷，其力學(xué)性質(zhì)必然與距裂紋尖端遠處不同，因此，為了更切合實際，就必須把損傷力學(xué)與斷裂力學(xué)結(jié)合起來研究物體的破壞過程。2) 巖石的破壞過程是非常復(fù)雜的, 如果只是單純用經(jīng)典彈塑性力學(xué)或斷裂力學(xué)的方法來描述, 將難以獲得理想結(jié)果, 因此在巖石強度理論研究中引入了損傷力學(xué)的方法, 以便最終建立宏、細、微觀多層次耦合的巖石強
法律信息相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1