非均质性岩石材料损伤失效准则及其失效行为研究

摘要

岩体作为一种具有自承载能力的天然非均质材料,其失效过程具有显著不确定性。为了建立一个能够用于评估岩石材料失效的损伤准则,结合强度准则与统计损伤力学理论,建立材料临界损伤与塑性变形之间的关系,将塑性指标g引入损伤演化方程,推导出2种岩石损伤失效准则,并采用2种岩石17组三轴压缩试验结果对所建立的损伤失效准则进行了对比论证分析,论证了其合理性和准确性;同时,依据所建立的损伤失效准则,建立一种非均质材料损伤等级划分参考标准,并给出各损伤等级临界值计算方法,探索岩石材料在不同围压下的损伤失效行为。研究结果表明:(1)试验结果实测值均处于所建立的损伤失效准则理论预测值99%的置信带内,预测精度高;(2)材料塑性指标g越大,均质性越差,岩石压拉比越小;临界损伤Dcr越大,材料抗损伤性能越好,其结构性破坏对轻微损伤越不敏感;(3)随围压的增加,岩石材料失效时的损伤速率呈快速下降趋势,围压对材料的损伤具有抑制作用;(4)可将岩石材料的渐进失效过程划分为:I级(基本完好)、II级(轻微破损)、III级(中度破坏)、IV级(严重破坏)4个损伤等级,其损伤等级的界限值与材料的均质性直接关联。以上研究成果可定量评估不同围压环境下岩石材料的损伤状态和损伤极限,并为工程岩体损伤失效性分析提供重要理论指导。