考虑初始空隙闭合及其影响的脆性岩石变形破坏全过程模拟

• Published in: 煤炭学报 Vol. 45; no. 3; pp. 1044 - 1052
• Main Authors: 张超, 陈秋南, 杨期君, 雷勇
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室,湖南湘潭411201 01.03.2020; 湖南科技大学土木工程学院,湖南湘潭411201
• Subjects: 脆性岩石; 非线性; 初始空隙; 本构模型; 弹性模量
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2019.0221

TU452; 岩石材料本构模型是进行岩体工程设计与分析的基础.为了建立能够准确反映脆性岩石变形破坏全过程模拟方法,针对当前统计损伤本构模型难以很好地反映脆性岩石峰前变形力学性质的局限性,进行了深入分析.首先,在脆性岩石变形力学特征分析基础上考虑初始空隙闭合及其影响,并由此将其分为两类:第1类初始空隙和第2类初始空隙,其中,第1类初始空隙仅能够在静水压力状态下发生闭合,其闭合程度对脆性岩石弹性模量变化特征产生影响,且其未闭合部分引起脆性岩石具有初始损伤;第2类初始空隙能够在任意应力状态下发生闭合,且能够在脆性岩石初始宏观变形阶段完全发生闭合,其闭合程度对脆性岩石初始压密变形阶段与初始宏观非线性变形曲率均产生影响.其次,脆性岩石被抽象为由裂隙材料和骨架材料两部分组成并基于材料变形力学分析方法建立脆性岩石变形分析方法,然后基于瞬时应变和统计损伤理论分别建立裂隙材料变形分析方法和骨架材料变形分析方法,进而建立考虑初始空隙闭合及其影响的脆性岩石本构模型,并给出了模型参数的确定方法.最后,将该模型及同类型模型理论曲线分别与试验曲线进行比较分析,并在此基础上探讨初始空隙闭合对脆性岩石损伤和附加损伤演化规律产生的影响.研究结果表明:该理论模型能够准确地反映脆性岩石变形破坏全过程,且能够阐释围压、初始空隙和脆性岩石峰前变形力学特性3者之间的关系,从而验证了本文模型和方法的合理性与可行性.