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基于局部化渐进损伤效应的冻融荷载耦合作用下裂隙岩石本构模型
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作者 赵雁海 王研宇 +1 位作者 崔强 赵凯 《煤炭学报》 2025年第S1期1-15,共15页
寒区裂隙岩石受到冻融循环和外部荷载的耦合作用,初始缺陷端部主次裂纹丛集渐进扩展影响下其本构关系表征更为困难。基于损伤局部化理论,将岩石宏观裂隙的萌生与扩展等效为尖端裂纹簇的增长过程,并综合考虑岩石细观冻融损伤的影响,得到... 寒区裂隙岩石受到冻融循环和外部荷载的耦合作用,初始缺陷端部主次裂纹丛集渐进扩展影响下其本构关系表征更为困难。基于损伤局部化理论,将岩石宏观裂隙的萌生与扩展等效为尖端裂纹簇的增长过程,并综合考虑岩石细观冻融损伤的影响,得到岩石宏细观渐进损伤变量。基于Weibull分布函数和M-C强度准则,构建了考虑局部化宏细观损伤效应的冻融裂隙岩石本构模型,并提出了模型参数的理论表达式。通过开展冻融循环条件下裂隙砂岩核磁共振损伤测试与单轴及三轴压缩试验,定量分析冻融循环次数与岩石孔隙度、损伤演化的关系,研究了冻融循环和围压对岩石渐进损伤力学特性的影响,验证了所建模型的合理性。研究结果表明:冻融循环导致岩石内部裂隙扩展与孔隙结构变化,显著降低岩石强度和刚度,建立的本构模型能够准确表征冻融受荷岩石变形破坏的全过程,并可以反映冻融循环和围压对岩石变形特性的影响;冻融循环过程中岩石细观损伤是由前期微孔隙的萌生和后期孔隙尺寸增长造成的,模型参数敏感性分析揭示了冻融循环和围压对岩石力学响应的影响,围压能有效抑制岩石宏观损伤的增长,而冻融循环次数的增加加速了岩石细观损伤的累积,导致岩石的峰值强度降低,岩石的延性降低且脆性逐渐显现,损伤修正系数η在描述岩石塑性变形与脆性破坏之间的过渡中起到了重要作用。为深入分析裂隙岩石在冻融环境下的损伤演化规律提供了理论参考。 展开更多
关键词 冻融循环 宏细观损伤 尖端裂纹簇 本构模型 岩石力学
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