基于最大拉应变准则的冻融岩石损伤模型研究

摘要

为反映寒区遭受冻融的岩石在外力作用下的应力-应变全过程,基于统计损伤力学理论,假设岩石微元体强度服从Weibull分布,结合最大拉应变破坏准则,建立了考虑冻融和荷载耦合作用的寒区冻融岩石损伤模型;推导了模型参数的理论解,利用已有的试验结果和已有损伤本构对模型进行了验证,探讨了不同冻融次数下岩石的总损伤曲线演化规律,并对模型参数进行了分析;采用数值模拟方法计算了冻融循环对隧道工程稳定性的影响.结果表明:本文所建立的模型可较好地重现岩石的应力-应变全过程,并能反映岩石的峰后强度;不同冻融次数下岩石的总损伤演变曲线呈“S”形,总损伤演变曲线可分为3个阶段,即初始损伤阶段、加速阶段和完全损伤阶段;Weibull分布参数m和f_(0)分别代表岩石的脆性特征和塑性特征;随着冻融次数的增加,隧道围岩的垂直位移、最大主应力及衬砌最大主应力均逐渐增加,但隧道围岩的应力增幅较小,经历10次冻融循环后,隧道拱顶的围岩下沉量和底部的围岩隆起量分别增加17.87%和19.24%,隧道围岩最大拉应力和压应力极值分别增加了2.70%和2.01%,隧道衬砌最大拉应力和压应力极值分别增加了21.52%和17.87%.