岩石介质弹塑性应变软化本构细观力学参数统计分布模型

摘要

岩石的固有非均质性是造成其力学行为复杂性的本质原因。为探究非均质岩石的强度变形及其跨尺度破裂特征,基于连续介质力学理论,分别以正态分布、对数正态分布和Weibull分布描述岩石弹性模量及单轴抗压强度的空间变异特征,以弹塑性应变软化本构模型描述细观单元的力学响应,进而构建一种岩石介质细观物理力学参数统计分布模型。在定义非均匀系数的基础上,首先开展单轴压缩数值模拟,分析3种分布函数下数值试样的应力应变曲线、强度及破坏模式的变化规律;然后开展巴西劈裂数值模拟,探究细观拉压比对均匀试样及非均匀试样起裂点位置及破坏模式的影响。研究结果表明:(1)单轴压缩下,随着均匀程度的降低,数值试样宏观峰值强度与弹性模量逐渐减小,峰值强度对均质度的变化更敏感,应力应变曲线的非线性特征逐渐增强,数值试样依次发生张拉、剪切、塑性流动破坏;(2)压缩荷载作用下非均质岩石内部可产生显著的张拉应力;(3)巴西劈裂条件下,圆盘试样的起裂破坏模式受试样拉压比影响,随细观拉压比增大,试样由中心起裂转变为端部起裂,在满足中心起裂的基础上依据峰值荷载计算出的抗拉强度才是有效的;(4)对于发生端部起裂的圆盘试样,通过峰值载荷计算出的抗拉强度低于试样的真实抗拉强度。