第13章-損傷力學在巖石力學中的應用

第13章?lián)p傷力學在巖石力學中的應用13.1概述13.2節(jié)理巖體的損傷模型13.3巖體細觀斷裂損傷力學模型13.4節(jié)理巖體各向異性損傷模型第13章?lián)p傷力學在巖石力學中的應用損傷力學研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景1958年,蘇聯(lián)塑性力學專家Kachanov在研究蠕變斷裂時提出有效應力因子的概念1963年,蘇聯(lián)Rabotnov在此基礎上提出了損傷因子的概念1977年,法國巴黎第六大學Lemaitre與法國國家宇航研究所Chaboche等人利用連續(xù)介質(zhì)的方法,根據(jù)不可逆過程熱力學原理,建立損傷力學新的分支學科.13.1概述第13章?lián)p傷力學在巖石力學中的應用損傷力學與斷裂力學的區(qū)別二者不同之處在于：斷裂力學是間斷介質(zhì)，裂紋被連續(xù)介質(zhì)所包圍，裂紋周圍存在集中應力場，，裂紋的擴展，導致材料或結(jié)構(gòu)破壞。損傷力學認為：材料存在分布性缺陷，而且是連續(xù)分布，可以用宏觀力學處理。也就是說：損傷力學是連續(xù)介質(zhì)。處理問題的方法：1）細觀方法：根據(jù)材料的細觀特性來建立宏觀的本構(gòu)關系。2）宏觀方法：從微觀機制得到啟發(fā)，用宏觀變量來描述微觀變化。如：損傷參數(shù)與有效應力相關聯(lián)；與質(zhì)量密度相關聯(lián)；與裂紋密度相關聯(lián)；13.1概述第13章?lián)p傷力學在巖石力學中的應用損傷力學研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景損傷張量按標量；或張量處理損傷的測量方法：1)直接法:直接測量微孔和微裂紋的密度與方向；2)間接法:物理法和機械法;應用于巖體力學的優(yōu)點:1)得到成組裂隙的各向異性關系2)借助于損傷變量,將巖體幾何特性與力學特性聯(lián)系起來;3)有巖體損傷預測巖體強度,為解決巖體尺寸效應問題打下基礎.13.1概述第13章?lián)p傷力學在巖石力學中的應用13.2.1損傷變量和有效應力有效應力:Robotnov

用作為損傷變量等效應變:損傷的作用就體現(xiàn)在把楊氏模量折算到無損傷時的(1-)倍.13.2.2節(jié)理巖體的損傷張量材料的損傷有兩個方面:1)有效面積減小;2)損傷洞穴周邊的應力集中.設:面積的減小為主要影響.13.2巖體損傷模型第13章?lián)p傷力學在巖石力學中的應用13.2.1損傷變量和有效應力13.2巖體損傷模型第13章?lián)p傷力學在巖石力學中的應用如圖:損傷發(fā)生在X1--X2平面內(nèi),面積損傷比為,有效率為1-;則某平面ABC的損傷張量可計算如下:如此分析,即可得到不同的損傷張量.13.2巖體損傷模型第13章?lián)p傷力學在巖石力學中的應用13.3.1損傷變量的定義和損傷的擴展采用如下的體積比作為損傷變量:式中,為構(gòu)元內(nèi)的損傷體積比;V是構(gòu)元的體積;Binj為節(jié)理裂縫的相對位移矢量和外法線矢量.引用Lemaitre的有效應力定義,損傷引起的空洞構(gòu)元的體積比為13.3巖體細觀斷裂損傷力學模型第13章?lián)p傷力學在巖石力學中的應用對各向異性的巖體