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考虑宏细观损伤的隧道裂缝区围岩弹塑性分析 被引量:3
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作者 李君杰 陈秋南 +3 位作者 邹根 黄小城 周相识 周光裕 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期1106-1114,I0013,I0014,共11页
针对以往隧道含裂缝围岩弹塑性分析仅考虑细观损伤的不足,本文在统一强度理论下考虑宏细观损伤因子、水的渗透压力以及中间主应力,推导出含裂缝区围岩的应力、洞室位移量的计算公式和考虑损伤的围岩抗力系数表达式;并应用于现有隧道分... 针对以往隧道含裂缝围岩弹塑性分析仅考虑细观损伤的不足,本文在统一强度理论下考虑宏细观损伤因子、水的渗透压力以及中间主应力,推导出含裂缝区围岩的应力、洞室位移量的计算公式和考虑损伤的围岩抗力系数表达式;并应用于现有隧道分析计算。其计算结果表明:①不考虑宏观损伤会使计算的细观裂缝区半径偏小;②宏观裂缝区半径不变,细观裂缝区半径随着支护抗力变大而变小;③随着细观裂缝区半径增大,洞室位移量随着弹性模量增大而减小,且随着内聚力增大而减小,泊松比越大,其增长曲线斜率越大,细观裂缝区半径较小时,洞室位移量随着泊松比增大而减小,细观裂缝区半径较大时,洞室位移量随着泊松比的增大而增大。研究成果可以为隧道工程支护力的确定以及支护结构的选取提供理论参考。 展开更多
关键词 裂缝区 宏细观损伤因子 围岩应力 洞室位移量 围岩抗力系数
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动载作用下复合岩体力学失稳机制与损伤本构模型研究 被引量:1
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作者 吉东亮 高新强 +4 位作者 董北毅 高璐 赵旭晨 马怡琛 刘禹辛 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第19期103-116,共14页
为探究不同层理倾角复合岩体的动载响应特性,利用WDW-300E伺服压力试验机和分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验系统对不同层理倾角的复合岩体进行压缩试验和动态冲击试验,基于静载结果对比了动力冲击下复合岩煤... 为探究不同层理倾角复合岩体的动载响应特性,利用WDW-300E伺服压力试验机和分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验系统对不同层理倾角的复合岩体进行压缩试验和动态冲击试验,基于静载结果对比了动力冲击下复合岩煤(rock coal,R-C)和复合煤岩(coal rock,C-R)的动态强度、能量耗散以及破坏模式。考虑到介质弹性模量和强度的非均质性,通过二次开发得到弹性损伤本构模型,最后建立了考虑复合岩体宏细观损伤的本构模型。试验、模拟和理论分析结果表明:在静载条件下随着层理角度的增加,复合岩体应力峰值表现出明显倒U型变化,其弹性模量逐渐增加而峰值应变在逐渐减小。动载作用下复合岩体R-C和C-R峰值应力、应变和能量耗散值随着角度的增加均表现为先减小后增大,复合岩体R-C的应力、能量耗散值和弹性模量值大于复合岩体C-R,而复合岩体R-C的应变值普遍小于复合岩体C-R。在动载冲击作用下复合岩体在层理倾角为0°和90°时破坏形式主要为劈裂拉伸,吸能率较高破碎块度相对较小,在30°、45°和60°则主要为剪切和拉伸混合破坏,吸能率较低破碎块度相对较大。利用弹性损伤本构模型再现了不同层理倾角下复合岩体内部损伤过程和能量演化。构建了同时考虑复合岩体宏细观损伤的本构模型,其与试验和模拟结果均可以较好地吻合,验证了构建模型的正确性。 展开更多
关键词 复合岩体 层理角度 动载破坏 本构开发 宏细观损伤
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单轴压缩下溶隙灰岩宏细观耦合损伤能量释放率演化规律研究
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作者 王润秋 王桂林 +1 位作者 张亮 孙帆 《岩土工程学报》 2025年第9期1903-1912,共10页
灰岩地区存在复杂的溶隙网络,其控制着灰岩的破裂特征,作为Griffith断裂准则核心的能量释放率可有效表征岩体裂纹扩展过程。为深入研究溶隙灰岩变形破坏过程中的能量特性和细观裂纹萌生、扩展演化规律,将灰岩溶隙形态概化为裂隙、椭圆... 灰岩地区存在复杂的溶隙网络,其控制着灰岩的破裂特征,作为Griffith断裂准则核心的能量释放率可有效表征岩体裂纹扩展过程。为深入研究溶隙灰岩变形破坏过程中的能量特性和细观裂纹萌生、扩展演化规律,将灰岩溶隙形态概化为裂隙、椭圆孔、类蘑菇孔和类哑铃孔4种类型,并根据非线性动力学理论、Lemaitre应变等效假设和岩体能量理论,推导了溶隙灰岩宏细观耦合损伤能量释放率计算公式,获得了溶隙灰岩破坏过程中的细观裂纹扩展规律。研究结果表明:根据能量耗散理论,类蘑菇孔、裂隙、椭圆孔、完整灰岩和类哑铃孔的灰岩试样能量积聚作用依次减弱;根据能量耗散特征、宏细观耦合损伤能量释放率以及应力应变曲线,灰岩变形破坏阶段可分为应力调整阶段(Ⅰ)、微裂纹或微孔隙稳定闭合阶段(Ⅱ)、细观裂纹低速扩展阶段(Ⅲ)、细观裂纹快速扩展阶段(Ⅳ)以及宏观主断裂形成阶段(Ⅴ)等5个阶段,且第Ⅳ阶段岩样损伤能量释放率突变点可作为岩样破坏前兆识别点。研究结果可为分析岩溶地区地质灾害提供理论指导。 展开更多
关键词 溶隙灰岩 能量演化 细观耦合损伤 能量释放率 裂纹扩展
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Hoek-Brown准则高应力条件下断续节理岩体复合损伤本构模型及演化特征 被引量:4
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作者 张亚东 谢红强 +3 位作者 刘怀忠 肖明砾 卓莉 何江达 《水电能源科学》 北大核心 2021年第2期109-113,共5页
针对岩石损伤本构模型中岩石微元强度采用M-C、D-P等强度准则作为判定依据存在的局限性,基于概率统计理论与连续损伤力学理论,采用应力不变式表示的H-B准则来描述岩石微元强度并假设岩石微元强度服从Weibull分布,认为岩石材料承载能力... 针对岩石损伤本构模型中岩石微元强度采用M-C、D-P等强度准则作为判定依据存在的局限性,基于概率统计理论与连续损伤力学理论,采用应力不变式表示的H-B准则来描述岩石微元强度并假设岩石微元强度服从Weibull分布,认为岩石材料承载能力可以分为弹性和损伤两部分,基于Lemaitre应变等效性假设,推导出基于H-B准则的宏细观复合损伤本构模型,并通过预置裂隙粗晶大理岩试样的三轴试验数据验证了其合理性。结果表明,该模型获得的应力应变理论曲线与试验数据吻合较好,宏细观复合损伤演化过程能反映岩石应力随应变的变化过程,优于同类型本构模型的拟合效果;随着围压的增加,试样强度逐渐增加,峰值应力对应的复合损伤值逐渐增大;在围压一定的条件下,节理岩样的宏细观复合损伤在节理倾角为45°左右时最小,这与节理岩体强度随节理倾角的变化规律相一致。 展开更多
关键词 节理岩体 WEIBULL分布 H-B准则 宏细观损伤 损伤本构模型
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基于裂纹扩展作用下的岩石损伤力学模型 被引量:7
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作者 彭志雄 曾亚武 《东北大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期1784-1791,共8页
在分析裂纹起裂与扩展规律基础上,考虑翼裂纹间的相互作用,提出了一种新的翼裂纹尖端I型应力强度因子计算模型.基于修正的翼裂纹扩展模型,考虑损伤演化对被激活微裂纹数目的影响,并结合宏-细观损伤定义之间的关系,建立了基于微裂纹扩展... 在分析裂纹起裂与扩展规律基础上,考虑翼裂纹间的相互作用,提出了一种新的翼裂纹尖端I型应力强度因子计算模型.基于修正的翼裂纹扩展模型,考虑损伤演化对被激活微裂纹数目的影响,并结合宏-细观损伤定义之间的关系,建立了基于微裂纹扩展作用下的岩石损伤本构模型.最后,将理论模型曲线与试验曲线进行了比较分析.结果表明:修正的翼裂纹扩展模型不仅能够准确地预测翼裂纹的起裂角,而且能够准确地模拟从极短到很长的翼裂纹整个变化范围.基于裂纹扩展作用下的损伤模型能够连续地模拟不同围压下的应力-应变全过程曲线,而且能够较好地预测峰值强度. 展开更多
关键词 岩石力学 翼裂纹 -细观损伤 应力-应变曲线 应力强度因子
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冻融循环单轴压缩下不等长交叉裂隙砂岩变形破坏特征研究
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作者 李宏强 姚忠劭 +1 位作者 曾志杭 李龙起 《三峡大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第6期65-72,共8页
为了探究冻融-荷载作用下含交叉裂隙砂岩力学特性及破坏机制,本文对不同冻融次数下交叉裂隙试样开展了单轴压缩试验,分析了冻融循环下交叉裂隙试样的物理性质劣化规律以及宏观力学特性,并基于PFC2D离散元软件采用水颗粒膨胀法对冻融循... 为了探究冻融-荷载作用下含交叉裂隙砂岩力学特性及破坏机制,本文对不同冻融次数下交叉裂隙试样开展了单轴压缩试验,分析了冻融循环下交叉裂隙试样的物理性质劣化规律以及宏观力学特性,并基于PFC2D离散元软件采用水颗粒膨胀法对冻融循环全过程进行模拟,结合数值模拟与试验结果,进一步探究了冻融作用下试样的宏细观损伤机理.结果表明:冻融循环作用会使岩石的物理力学性质发生劣化,降低岩石的储能能力,与未冻融试样相比,冻融90次试样峰值强度、弹性模量、总能分别下降了32.1%、29.3%、56.77%;随着冻融循环次数的增加,试样的破坏模式由单纯剪切破坏逐步向张拉-剪切破坏过渡;试样均于主裂隙尖端处起裂,但扩展方向不同,未冻融试样沿着主裂隙45°方向扩展,而冻融后试样沿裂隙两端垂直扩展. 展开更多
关键词 冻融-荷载 交叉裂隙砂岩 单轴压缩 PFC2D 水颗粒膨胀法 宏细观损伤
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Statistical damage model for quasi-brittle materials under uniaxial tension 被引量:4
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作者 陈健云 白卫峰 +1 位作者 范书立 林皋 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2009年第4期669-676,共8页
Based on the parallel bar system, combining with the synergetic method, the catastrophe theory and the acoustic emission test, a new motivated statistical damage model for quasi-brittle solid was developed. Taking con... Based on the parallel bar system, combining with the synergetic method, the catastrophe theory and the acoustic emission test, a new motivated statistical damage model for quasi-brittle solid was developed. Taking concrete for instances, the rationality and the flexibility of this model and its parameters-determining method were identified by the comparative analyses between theoretical and experimental curves. The results show that the model can simulate the whole damage and fracture process in the fracture process zone of material when the materials arc exposed to quasi-static uniaxial tensile traction. The influence of the mesoscopic damage mechanism on the macroscopic mechanical properties of quasi-brittle materials is summarized into two aspects, rupture damage and yield damage. The whole damage course is divided into the statistical even damage phase and the local breach phase, corresponding to the two stages described by the catastrophe theory. The two characteristic states, the peak nominal stress state and the critical state are distinguished, and the critical state plays a key role during the whole damage evolution course. 展开更多
关键词 quasi-brittle material damage mechanism MICROSTRUCTURE tensile properties fracture process zone
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