不同加卸荷應力路徑下大理巖破壞過程的能量演化機制與本構模型研究.pdf

1、地下工程開挖是一個極其復雜的加卸荷受力過程，而巖體在加卸荷不同應力路徑條件下的變形特征、強度特性及破壞機制存在明顯差異。對不同應力路徑下巖石變形破壞性質的研究，對補充完善巖石力學理論和指導工程設計、施工有著重要的理論和工程意義。本文開展了不同應力路徑條件下的大理巖加卸荷破壞試驗研究，從能量變化角度分析了不同應力路徑下大理巖的破壞機制，給出了大理巖變性破壞過程的能量非線性演化模型。論文主要取得了下列研究成果:
　　(1)通過完整大理

2、巖巖樣加卸荷試驗，揭示了加卸荷條件下巖石變形、破壞特征與強度參數變化規律。巖樣加荷破壞彈性階段軸向變形起主導作用，屈服開始后環向變形快速增加;加荷破壞大理巖起裂應力隨圍壓升高向峰值強度逐漸靠近，圍壓延遲了巖石的破壞;卸荷破壞巖樣的峰值強度隨著卸荷速率的增加逐漸減小，隨著卸荷初始圍壓的升高逐漸增大，環向變形和體積變形對慢速卸荷比快速卸荷更敏感。
　　(2)根據廣義塑性力學理論，利用試驗數據構建了大理巖加卸荷變形過程的屈服面，保證了屈

3、服函數的唯一性和準確性。大理巖加荷破壞過程的剪切屈服面為直線形式，卸荷破壞剪切屈服面分為卸荷前的直線形式和卸圍壓過程的二次拋物線形式，加荷破壞體積屈服面分為壓縮和剪脹兩段直線形式，卸荷破壞體積屈服面分為卸荷前的直線形式和卸荷后的二次拋物線形式。
　　(3)根據大理巖變形破壞過程的能量演化曲線，可以將大理巖卸荷破壞分為四個階段:壓密階段、彈性階段、裂紋擴展階段和峰后破壞階段。到達屈服點前，巖樣吸收的能量大部分以彈性能形式存儲于巖樣內

4、部;屈服點后到峰前的非線性變形階段，彈性能增速緩慢，而耗散能的增速變大;到達峰值強度時，巖樣內部存儲的彈性能達到儲能極限，彈性能瞬間釋放，耗散能快速升高。常規三軸的儲能極限高于單軸壓縮，而峰前卸圍壓的儲能極限低于常規三軸壓縮;隨著卸荷速率增快，大理巖吸收總能量變化率、彈性能變化率和耗散能變化率都呈減小趨勢;卸荷速率越快，卸荷破壞需要的能量增量越小，在較小的能量增加下就會發生破壞;巖石破壞的驅動能量（存儲的可釋放彈性能）主要是在卸荷之前的