巖石的損傷力學(xué)及斷裂力學(xué)綜述-在線瀏覽
2024-08-05 02:33本頁面
【正文】 “斷裂力學(xué)”指的是固體力學(xué)的一個(gè)重要分支，該學(xué)科要在假定裂紋存在的條件下，尋求裂紋長(zhǎng)度、材料抗裂紋增長(zhǎng)的固有阻力、以及能使裂紋高速擴(kuò)展從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的應(yīng)力之間的定量關(guān)系。當(dāng)時(shí)格里菲斯為了研究玻璃、陶瓷等脆性材料的實(shí)際強(qiáng)度比理論強(qiáng)度低的原因，提出了在固體材料中或在材料的運(yùn)行過程中存在或產(chǎn)生裂紋的設(shè)想，計(jì)算了當(dāng)裂紋存在時(shí)，板狀構(gòu)件中應(yīng)變能變化進(jìn)而得出了一個(gè)十分重要的結(jié)果：。 斷裂力學(xué)的重大突破應(yīng)歸功于歐文應(yīng)力場(chǎng)強(qiáng)度因子概念的提出，以及以后斷裂韌性概念的形成。H 斷裂力學(xué)的研究?jī)?nèi)容：①裂紋的起裂條件。③裂紋擴(kuò)展到什么程度物體會(huì)發(fā)生斷裂。 巖石斷裂力學(xué)的研究特點(diǎn) 巖石斷裂力學(xué)是巖石力學(xué)的新的分支學(xué)科，是研究巖石斷裂韌性和斷裂力學(xué)在巖體中應(yīng)用的科學(xué)。由于斷裂力學(xué)逐漸被許多巖石力學(xué)工作者所接受，近年來這方面的研究成果顯著增加。 近幾年來，在金屬斷裂研究與應(yīng)用方面，開展了許多工作。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。 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)來研究地震，便成為人們所注意的向題。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。（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。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)。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。試驗(yàn)已證實(shí)，在膠結(jié)面上存在一定的凝聚力。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。目前國(guó)內(nèi)外都在研究這個(gè)課題。 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。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。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。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）。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，形成了巖石損傷力學(xué)的理論體系。目前損傷理論已在能源、交通、軍工等眾多領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。研究材料在外載、溫度與環(huán)境的作用下，材料中微觀空洞、初始損傷成胚、孕育、擴(kuò)展、匯合成宏觀裂紋，同時(shí)引起材料的強(qiáng)度、剛度、韌性下降及壽命縮短，就是損傷力學(xué)研究的課題。巖石損傷力學(xué)研究的重點(diǎn)是建立損傷變量(張量) 和損傷擴(kuò)展本構(gòu)關(guān)系。自從Sprunt Brace (1974) 將掃描電鏡技術(shù)引入巖石破裂研究以來，我國(guó)學(xué)者在這方面進(jìn)行了大量的研究工作。并用于三峽船閘高邊坡閃云斜長(zhǎng)花崗巖的損傷擴(kuò)展分析(1997) 。近年來，楊更社等(1996) 在巖石損傷的CT 識(shí)別方面進(jìn)行了償試性的研究。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(zhǎng)花崗巖的損傷檢測(cè)。這樣，應(yīng)用于節(jié)理巖體的損傷力學(xué)分析方法是連續(xù)介質(zhì)力學(xué)與有限單元法，將各種方式發(fā)展的巖體不連續(xù)性及其影響有效地進(jìn)行宏觀模擬，
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