基于Weibull分布的岩石损伤本构模型研究

利用连续损伤理论和统计强度理论，提出了模拟岩石破裂全过程的损伤本构关系，并在此基础上建立了完整的损伤统计本构模型，且在所建立的损伤统计本构模型的四个基本方程中，引入岩石应力应变全过程曲线特征参量，并考虑岩石应力应变全过程曲线的几何条件，解决了传统方法求解本构方程中参数的难点，同时提高了精度．通过与砂岩试件三轴压缩试验实测结果对比，证明模型可以很好地反映岩石的应力-应变关系．图2，参7．     

岩石损伤统计本构模型参数及其临界敏感性分析

在岩石应变软化变形全过程的损伤统计本构模型基础上,根据单轴压缩应力应变全过程曲线,进一步明确了本构模型中分布参数的物理意义和实际意义,提出了模型参数的确定方法并通过试验验证了该方法的合理性,在此基础上进一步分析了不同均质度岩石的临界敏感性.结果表明,通过该方法确定的岩石均质度综合反映了岩石峰前聚能和峰后释能的能力,比以往的计算和拟合过程更简单,物理意义更加明确;随着均质度的增加,岩石临界行为特征越来越明显,临界敏感性增强,对于岩爆岩石来说,岩爆倾向性增强.通过确定的岩石均质度可以方便的定量比较不同岩石的临界敏感性和岩爆倾向性,便于更好的指导实际工程和提前采取预防措施.     

岩石弹塑性损伤耦合本构模型

在不可逆热力学框架内，推导了岩石材料弹性生损伤耦合的本构模型，该模型的参数均可由通常应力－应变关系曲线确定。     

高应力区岩石统计损伤本构模型及能量耗散研究

为了反映高应力区岩石变形破坏全过程,通过引入双参数抛物线型Mohr强度准则,建立适用于高应力区岩体的微元强度度量方式,并假定由该度量方式得到的微元强度服从幂函数概率密度分布,结合连续损伤理论,考虑损伤变量修正,建立一个新的适用于高应力区岩体的统计损伤本构模型。以高应力区英安岩为验证对象,进行常规三轴压缩试验,依据岩石应力-应变曲线特征,给出模型参数确定方法。引用基于线性Mohr强度准则而建适用于浅部低应力水平岩石的相关统计损伤模型,利用该模型和本文所建模型对英安岩试验数据进行验证,对比试验曲线和理论曲线,证明本文所建模型的可行性。分析高应力区岩石的损伤累积和能量耗散,从能量的角度证明损伤修正系数的正确性,分析岩石变形破坏过程中的能量变化规律,体现本文所建模型的合理性。     

三轴压缩岩石损伤扩展细观机理及其本构模型

利用已研制成功的CT（Computerized Tomography）机专用三轴加载实验设备，完成了三轴压缩荷载作用下岩石损伤演化CT实时细观实验。确定了应力损伤阈值，对CT实验结果进行了定量分析。从工程应用出发，给出了峰前分段岩石损伤演化方程及本构关系。理论分析结果与实验结果较吻合。     

冻融循环作用下岩石能量演化及损伤本构研究

针对冻融循环作用对岩石变形及强度影响等问题,研究冻融循环作用下岩石能量演化机制与本构模型,主要研究内容包括:冻融循环作用下岩石强度损伤特征,随着循环次数的增加,岩石抗压强度及弹性模量呈现指数函数降低,抗压强度、弹性模量的最大降低幅度分别为53.31%、36.33%;冻融循环作用下岩石能量演化机制,随着循环次数的增加,岩石总能量逐渐降低,岩石能量耗散速率整体呈现增大趋势,意味着冻融循环对岩石内部结构产生损伤;基于损伤等效原理与Weibull分布理论,建立岩石损伤本构模型,对比试验曲线得到损伤本构模型能够较好地描述岩石变形特征,为类似本构模型的建立提供了有益思路。     

煤岩单轴加载统计损伤本构模型

为了研究煤岩单轴加载过程中的损伤演化规律,对煤岩进行了单轴加载实验,得到了煤岩的应力应变曲线、环向-轴向应变曲线。实验结果表明,煤岩加载过程中环向应变速率随着轴向应变的增加呈现出非线性增加的规律,并在煤岩加载进入软化阶段后达到最大值,它在宏观上反映了煤岩内部裂纹的产生与发展,并与煤岩的损伤演化规律相符。故定义损伤变量为裂纹体积的函数,并假设裂纹体积的增加符合威布尔统计规律,构建了煤岩统计损伤本构模型,通过与实验结果对比,验证了该模型的正确性。     

多孔介质的细观损伤本构模型

对于多孔介质损伤本构关系进行深入的研究。介绍了多孔介质损伤本构关系与细观结构连接的原则和方法，提出了一个多孔介质非线性弹性损作构模型。其次，在Gurson理论已有工作的基础上，推出一个规则多孔体服从Drucker-Prager屈服准则的近似屈服面方程，进行得到了相关联的弹塑本构模型。最后，以裂纹密度为细观损伤变量，修正裂纹密度细观损作屈服面中偏平面上J2的影响，推出了地基土弹塑性细观损伤本构模型。     

考虑温度损伤的复合岩石本构关系研究

:为研究岩石在温度作用后的物理特性、力学性质及损伤变化,对 复 合 岩 石 试 样 进 行 温 度 处 理,设 置 常 温、６０℃、０℃、１２０℃、１５０℃、１８０℃ ６个温度梯度,对温度作用后的复合岩石进行单轴压缩试验.使用 Weibull分布函数建立温度作用后复合岩石的统计损伤本构模型,以文献理论曲线和单 轴 压 缩 结 果 加 以 验 证,基 于 数 字 图 像 相 关 法 (DigitalImageCorrelation,DIC)建立本构模型,改进后的本构模型对岩石峰后阶段破坏特征的描述更加准确.所建立的温度作用后复合岩石损伤模型理论曲线与文献理论曲线较为吻合,模型曲线 与 单 轴 试 验 结 果 表 现 出 较 高 的 相 似 度,使 用DIC改进的本构模型可以较好地表征复合岩石各破坏阶段     

裂隙岩体本构模型及数值模拟研究与应用

基于莫尔-库仑理论模型,结合裂隙岩体损伤力学方法,研究岩体中裂隙的出现、扩展从而实现岩体局部破坏的本构关系及演化方程,同时在FLAC3D提供的二次开发程序接口基础上,采用VC++程序语言实现了自定义本构模型,并将其编译成动态链接文件进行加载与调用。将此本构模型应用于一实际巷道的开挖围岩稳定分析中,得到塑性区、位移场、应力等值线分布与莫尔-库仑模型计算结果分布相符合,从而进一步验证了模型的适用性和可靠性,这为工程的实际应用提供了一种方法。     

充填体损伤本构模型的建立及其强度的确定方法

中关铁矿拟采用阶段空场嗣后充填采矿法进行回采,该采矿方法的关键之一就是合理地确定充填体强度。传统的充填体强度确定方法存在诸多问题,需要探索更科学的方法来研究充填体强度与岩体的匹配。在对中关铁矿尾砂胶结充填体进行室内力学试验、得到其应力-应变曲线的基础上,利用损伤力学建立了充填体峰值应力前的损伤本构方程,并根据岩体开挖释放能量与充填体峰值变形能相近原则,确定了中关铁矿的最佳充填体强度为1.86 MPa,灰砂比为1∶6,对现场下一步的充填采矿生产具有重要的指导意义。     

煤矿软弱夹层特性分析及本构模型研究

软弱夹层作为一种十分不利的地质现象,是影响围岩稳定性的重要因素,是水利、煤矿等工程建设的重要安全隐患。在分析软弱夹层成分组成、厚度等物理化学特性以及强度低、易泥化等力学特性的基础上,进一步分析了软弱夹层在流变渗透等情况下的本构关系,论述了煤矿中常见软弱夹层力学性质的测试,结合矿山岩体力学中的本构理论,建立了软弱夹层的本构模型,完善了软弱夹层的理论研究,并在此基础上进行了典型锚杆支护巷道含软弱夹层顶板的失稳状况分析。     

混凝土损伤模型的分类研究

结合国内外的研究成果状,对应用于混凝土损伤断裂分析的各种本构模型进行分类研究,详细介绍了混凝土损伤本构模型的分类依据与方法,列举了具有代表性的损伤本构模型,绘制出了混凝土损伤本构模型的分类图。     

岩石冲击断裂的损伤与分形效应

利用损伤的概念，建立起岩石冲击断裂能及释放能与损伤的关系，并借助于分形几何对冲击断裂的机理作了进一步探讨。     

岩土本构中应变软化与Weibull分布的思考

从本构曲线的塑性功的角度研究了应变硬化和应变软化的定义问题,引入了材料力学的微结构“自恰”原则,分析了应变软化-损伤之间的关系,同时针对岩土工程界关于应变软化介质多用负指数分布或Weibull分布描述应变本构关系,分析了Weibull分布下的应变软化介质的本构方程的参数求解模式,并对其参数特性和本构曲线的适应性进行了分析。     

基于压密和损伤函数复合作用的单轴压缩本构关系

对西部钙泥质胶结砂岩进行单轴压缩实验。考虑压密阶段和损伤阶段应力应变曲线的变化特点,分别将压密阶段的体积应变和加载过程中的声发射累计数作为表征压密状态和损伤状态的参量,进行归一化后分别用于描述压密和损伤特征,并选取Logistic函数和指数函数进行回归拟合得到加载过程中的压密函数和损伤函数。结合试件的弹性变形特点,对压密函数和损伤函数进行线性组合,分别对由载荷控制和位移控制（包括峰前和全过程）的单轴压缩实验得到的应力应变曲线进行回归分析,得到了砂岩在单轴压缩条件下与实验结果相关性较高的的本构方程,并分析了压密函数和损伤函数中参数的物理意义。     

尾砂胶结充填体蠕变试验及统计损伤模型研究

为研究充填体蠕变力学特征,采用RLW-3000微机控制剪切蠕变试验机进行分级加载条件下的单轴压缩蠕变试验。试验结果表明：荷载越高充填体变形越快,充填体内部缺陷及弱面的压密与扩展在宏观上表现为充填体蠕变变形。假定充填体微元破坏概率与轴向应变存在关系,服从Weibull统计分布,结合充填体单轴抗压试验,确定了可以描述充填体损伤演化过程的损伤变量。将损伤变量引入Burgers模型中,建立了充填体蠕变统计损伤本构模型,采用MATLAB软件对充填体分级加载蠕变试验数据进行拟合,确定模型参数,结果表明：所建立的模型曲线与试验曲线较为吻合,应力水平越高,拟合结果精度越高,此模型可用于描述充填体蠕变力学行为。