基于细观力学的脆性岩石通用损伤模型

岩石是在形成和运移过程中经过各种改造的地质产物,因而具有复杂的非线性特征。这种特征在微观上主要表现为岩石结构的非连续性和不确定性,很难用传统的、基于线性分析基础之上的方法来描述。基于细观力学分析和通过尺度变化（宏观－细观－宏观）来考虑岩石材料体积表征单元内单个裂纹的贡献,提出了一个脆性岩石通用损伤模型。该模型根据对损伤变量或内变量的不同定义（如：宏观量和微观量）,可以表现为唯象模型和细观力学模型;通过对损伤变量或内变量的阶数的不同定义（如：标量、矢量和张量）,此模型亦可以表达为各向同性或各向异性损伤模型。     

岩石细观损伤力学模型研究若干进展

介绍了岩石细观损伤和岩石细观力学的研究方法,综述了国内外岩石细观损伤模型的研究现状,并分类归纳了几种典型的岩石细观损伤模型以及在细观层次上对岩石实验研究的成果,论述了该领域中存在的问题并对其今后的发展方向提出了建议。      

岩石,混凝土类材料断裂损伤过程区的细观力学研究

提出了一种描述岩石、混凝土类材料断裂损伤过程区的细观力学模型，用于分析材料的非线性断裂的微观模型。模型考虑了岩石，混凝土材料内部随机分布的骨料，胶结质，微裂隙和了孔洞等不均质因素，在数值分析中，采用网格模型模拟计算裂缝尖端微裂缝损伤过程区的扩展过程，研究表明，损伤过程区是由于材料内部细观结构的不均质性而产生的，其形状是分形规律树枝状的微裂纹网络，各裂纹间互相影响抑制，从而对宏观裂缝的扩展起劣化和屏     

单轴压缩岩石蠕变损伤扩展细观机理CT实时试验

采用作者研制的CT(computerized tomography)机专用三轴加载试验设备，完成了单轴压缩荷载作用下岩石蠕变细观损伤演化CT实时试验。得到了岩石蠕变损伤演化全过程中从裂纹萌生、伸长、增宽、分叉、断裂到破坏等各个阶段清晰的CT图象。从CT数和CT图象的变化规律出发，对岩石蠕变损伤三阶段的扩展细观机制进行了分析，完成了裂纹宽度、长度随时间发展的变化规律的定量研究，给出了岩石蠕变细观损伤演化的初步规律。建议用CT数下降速度的概念来判断岩石蠕变损伤第3阶段的门槛值。试验结果表明，单轴压缩岩石蠕变CT试验的结果令人满意，CT机专用三轴加载设备的研制是成功的，这为岩石蠕变细观试验提供了一个创新的试验手段。     

三轴加卸载条件下岩石损伤破坏机理CT试验分析

 利用RMT150岩石力学测试系统和高分辨率Sensation 40型医用CT机,对恒定围压下不同轴向加载应力阶段的粉砂岩试样进行多次CT扫描试验,得到了不同轴向应力条件下岩石断面的CT图像特征。基于CT数原理,分析了岩石不同应力状态下的损伤演化过程与损伤程度,通过试样CT图像三维重建,较真实地反应了岩石试样细观损伤过程。试验研究表明：试样在试验过程中经历压密、扩容及破坏阶段;岩石压缩损伤演化是有一个相对较长应力段的量变积累过程,裂纹产生及其扩展的质变过程具有突发性;试样破坏后,远离破裂面区域存在“密度回弹”现象。     

大骨料混凝土应变局部化中不同粒级粗骨料的作用效应

为探究不同粒级粗骨料在大骨料混凝土损伤开裂应变局部化过程中的作用效应,在建立大骨料混凝土细观有限元模型的基础上,通过开展不同细观结构下的损伤开裂模拟,分析了大骨料混凝土应变局部化区域的演化过程和分布特征;通过在原细观结构中单独改变某一粒级粗骨料分布,分别探究了不同粒级粗骨料在应变局部化中的作用效应。研究表明：应变局部化主要发生在大粒径粗骨料与砂浆间的界面过渡区处,特大石粒级粗骨料在很大程度上控制着应变局部化区域的主要分布特征,大石和中石粒级粗骨料均可直接或间接在应变局部化区域形成过程中发挥明显作用,而小石粒级粗骨料在应变局部化中的作用效应微弱。研究成果可为在大骨料混凝土细观损伤断裂分析中通过简化细观结构来降低模拟难度和减小计算规模提供参考。     

基于SEM的干湿循环蚀变花岗岩分形特征与力学特性演化规律

分形维数是对岩石裂隙、破碎程度和损伤等细观特征的定量描述,岩石的细观结构往往会对宏观强度特征产生较大的影响。为了研究干湿循环侵水对蚀变花岗岩细观特征的影响,基于电镜扫描(SEM)试验,得到了经历不同干湿循环次数的蚀变花岗岩的细观图像,并通过盒维数法计算得到各岩样的分形维数,建立基于分形维数的细观损伤演化方程;其次,通过室内单轴抗压强度和抗拉强度试验,获得不同干湿循环次数下蚀变花岗岩的力学特性。通过试验数据,得到了干湿循环次数及分形维数分别与岩石强度特性和弹性参数的关系。研究表明:岩石干湿循环次数的增加在宏观上表现为抗拉强度、单轴抗压强度以及弹性模量的减小;在细观上表现为分形维数的增大;泊松比不受此影响。分形维数将岩石细观特征量化、建立了细观和宏观的联系。研究结果可为衡量蚀变花岗岩强度特性的指标提供依据。     

泥灰岩溶蚀模型力学效应分析

采用数值模拟分析的方法,探讨了泥灰岩在不同溶蚀阶段力学参数的变化规律,结果表明:随着溶蚀程度的加强,泥灰岩的岩体变形模量随溶蚀体积的不断增长呈负指数规律下降;泊松比随溶蚀体积的不断增长呈指数上升趋势;岩体的强度参数随溶蚀体积的不断增长近似呈负指数下降的规律.泥灰岩岩体在初始溶蚀作用阶段,岩体的力学性质变化很大,岩体各项力学参数均表现出明显弱化.     

三峡库区地表泥灰岩边坡变形机理研究

三峡库区地表巴东组泥灰岩地层,大范围内岩体结构松动。为了查明原因,从沉积环境以及沉积地层进行分析,得出的结论为:嘉陵江组顶部膏岩地层在临江部位发生溶蚀,溶腔顶部巴东组地层在重力作用下发生坍塌,导致地表岩体变形破坏。巴东组泥灰岩地层受重力和蠕变作用后,发育多组垂直裂隙,使地表岩层表现为整体性松动现象。因此地表岩体结构松动破碎的原因是深部石膏层岩溶塌陷与表生溶蚀改造作用共同导致的结果,前者为控制因素,后者为叠加效应。     

基于细观力学模型的三级配混凝土立方体试件单轴损伤数值分析

为分析混凝土细观结构在单轴荷载作用下的损伤演化过程,研究混凝土单轴破坏的宏观力学性能,基于细观力学模型,采用Marazs 损伤模型描述混凝土内部各相材料的本构关系,通过数值实验分析三级配混凝土立方体试件单轴破坏的宏观力学性能。数值实验结果表明：混凝土试件在单轴荷载作用下的损伤断裂是由于内部的初始损伤不断累积演变的结果,其数值实验的最终破坏形态与宏观层次上的破坏形态基本相似,粗骨料分布、粘结层厚度、粘结层和基体强度对混凝土宏观破坏具有一定的影响,说明该方法对混凝土细观结构破坏机制的分析合理、可靠。