水压循环作用下砂岩损伤本构模型研究Study on damage constitutive model of sandstone under hydro-pressure cycle effect
赵二平,贾小兵,龚章龙,李建林
摘要(Abstract)：
针对三峡库区水位反复升降作用下岩体质量劣化易致边坡及地基失稳的问题,以三峡库区典型砂岩为研究对象,利用岩石全自动多功能三轴流变仪开展了不同水压循环作用次数下砂岩力学特性试验研究。结果表明:水压循环次数越多对砂岩试样造成的损伤越大;根据水压循环过程中岩体的应力应变关系曲线特征,借助损伤理论及Weibull概率密度函数,建立了考虑砂岩损伤效应的损伤统计本构模型。对比分析表明:该模型与试验曲线符合较好,能够较好的反映水压循环作用对砂岩的损伤效应;随着水压循环作用次数的增加,Weibull分布参数F和m均逐渐减小; F与围压之间呈指数关系,而m与围压之间呈负指数关系,揭示了水压循环作用下岩样宏观强度逐渐降低的特性。研究成果对库区边坡及地基在水压循环作用下的稳定分析具有一定的参考价值。
关键词(KeyWords)： 砂岩;水压循环;损伤演化方程;损伤本构方程;岩石材料损伤;广义胡克定律;三轴压缩试验;抗压强度
基金项目(Foundation): 国家重点研发计划项目(2016YFC0400200);; 国家自然科学基金面上项目(51279091);; 三峡库区地质灾害教育部重点实验室开放基金(2015KDZ17)
作者(Author): 赵二平,贾小兵,龚章龙,李建林
DOI: 10.13928/j.cnki.wrahe.2018.09.001
参考文献(References)：
- [1]DOUGILL J W,LAU J C,BURT N J.Mechanics in engineering[M].Ohiao:University of Water 100 Press,1976.
- [2]DRAGON A,MROZ Z.A Continuum model for Plastic brittle behavior of rock and concrete[J].International journal of engineering science,1979,17(2):121-137.
- [3]KRAJCINOVIC D,FONSEKA G U.The continuous damage theory of brittle materials,part 1:General theory[J].Journal of applied mechanics,1981,48(4):809-815.
- [4]KRAJCINOVIC D.Continuous damage mechanics revisited:basic concepts and definitions[J].Journal of applied mechanics,1985,52(4):35-39.
- [5]唐春安.岩石破裂过程中的灾变[M].北京:煤炭工业出版社,1993.
- [6]徐卫亚,韦立德.岩石损伤统计本构模型的研究[J].岩石力学与工程学报,2002,21(6):787-791.
- [7]杨友卿.岩石强度的损伤力学分析[J].岩石力学与工程学报,1999,18(1):24-28.
- [8]秦跃平,孙文标,王磊.岩石损伤力学模型分析[J].岩石力学与工程学报,2003,22(5):702-705.
- [9]曹文贵,张升,赵明华.基于新型损伤定义的岩石损伤统计本构模型探讨[J].岩土力学,2006,27(1):41-46.
- [10]曹文贵,赵明华,刘成学.基于统计损伤理论的德鲁克-普拉格岩石强度准则的修正[J].水利学报,2004,35(9):18-23.
- [11]曹文贵,赵明华,刘成学.基于Weibull分布的岩石损伤软化模型及其修正方法研究[J].岩石力学与工程学报,2004,23(19):3226-3231.
- [12]石崇,蒋新兴,朱珍德,等.基于Hoek-Brown准则的岩石损伤本构模型研究及其参数探讨[J].岩石力学与工程学报,2011,30(S1):2647-2652.
- [13]廖华林,李根生.基于Mohr-Coulomb准则的岩石损伤统计本构模型[J].石油钻采工艺,2005,27(6):85-87.
- [14]韦立德,徐卫亚,杨春和.饱和、非饱和岩石损伤统计本构模型探讨[J].岩石力学与工程学报,2004,23(S1):4285-4291.
- [15]李博,吴润江,高为超.岩石损伤软化的修正本构模型[J].地震工程学报,2016,38(5):783-786.
- [16]朱乃龙,饶云刚.基于统计断裂理论的岩石类材料本构模型的研究[J].岩石力学与工程学报,2006,25(S2):3939-3944.
- [17]许江,李树春,刘延保,等.基于Drucker-Prager准则的岩石损伤本构模型[J].西南交通大学学报,2007,42(3):278-282.
- [18]李树春,许江,李克钢,等.基于Weibull分布的岩石损伤本构模型研究[J].湖南科技大学学报(自然科学版),2007,22(4):65-68.
- [19]BRUNO M S,NAKAGAWA F M.Pore pressure influence on tensile fracture propagation in sedimentary rock[J].International journal of rock mechanics and mining sciences and geomechanics abstracts,1991,28(4):261-273.
- [20]向力,王乐华,陈招军,等.干湿循环作用下砂岩的劣化及破坏特性研究[J].水利水电技术,2017,48(5):142-147.
- [21]许江,杨红伟,李树春,等.循环加、卸载孔隙水压力对砂岩变形特性影响实验研究[J].岩石力学与工程学报,2009,28(5):892-899.
- [22]邓华锋,胡安龙,李建林,等.水岩作用下砂岩劣化损伤统计本构模型[J].岩土力学,2017,38(3):631-639.
- [23]汪冲,郭永成,唐乐,等.循环孔隙水压力对裂隙岩体的影响[J].价值工程,2017,36(30):159-161.
- [24]LEMAITRE J,LSERMAGE J P.A two scale damage concept applied to fatigue[J].International journal of fracture,1999,97(1-4):67-81.