巖體變形破壞過程的能量機(jī)制.doc

巖體變形破壞過程的能量機(jī)制摘 要：敘述巖體單元變形破壞過程中能量耗散與強(qiáng)度、能量釋放與整體破壞等概念。在循環(huán)壓縮載荷下，實(shí)測巖石的能量耗散及損傷，數(shù)據(jù)擬合表明，基于能量耗散分析建立的巖石損傷演化方程可以較好地描述巖石的損傷演化過程。在循環(huán)壓縮載荷下同時(shí)實(shí)測不同加載速度及不同載荷水平下巖體內(nèi)可釋放應(yīng)變能、耗散能、卸荷彈性模量及卸荷泊松比的變化規(guī)律，給出復(fù)雜應(yīng)力條件下卸荷彈性模量的變化公式?；诳舍尫艖?yīng)變能建立巖體單元的整體破壞準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則與大理巖的雙壓試驗(yàn)結(jié)果符合得比較好。對工程中常見的層狀巖體，提出基于畸變能與廣義體積膨脹勢能而建立的層狀巖體破壞準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則與層狀巖的雙壓試驗(yàn)也符合得比較好。 關(guān)鍵詞：巖石力學(xué)；可釋放應(yīng)變能；耗散能；破壞準(zhǔn)則；巖體單元 1 引 言 從能量的角度去觀察及研究巖體力學(xué)問題，已得到工程界、理論界越來越多的關(guān)注及重視。目前的研究主要集中在三個(gè)方面：首先是從細(xì)觀的角度去研究巖體單元的能量耗散與巖體單元損傷的關(guān)系、能量耗散與巖體本構(gòu)的關(guān)系，以及巖體單元內(nèi)可釋放應(yīng)變能與巖體單元破壞或破裂的關(guān)系，在這方面已取得了顯著的成績；其次是從勢能的極值及數(shù)學(xué)分析角度建立巖體結(jié)構(gòu)的災(zāi)變模型，以確定巖體結(jié)構(gòu)發(fā)生災(zāi)變的條件，這些條件可以用于工程巖體整體的穩(wěn)定性判斷；最后是從宏觀的能量守恒角度去研究巖體結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了能量耗散即損傷以后的能量釋放，用以估計(jì)工程中巖爆的烈度或碎裂巖塊的飛濺速度，即定量分析巖體結(jié)構(gòu)中的能量傳遞過程，為防災(zāi)減災(zāi)提供理論依據(jù)。 本文主要在第一個(gè)方面做了較系統(tǒng)的研究：敘述了巖體單元變形破壞過程中能量耗散與損傷、能量釋放與整體破壞等概念。在循環(huán)壓縮載荷下，實(shí)測了巖石的能量耗散及損傷，數(shù)據(jù)擬合表明，基于能量耗散分析建立的巖石損傷演化方程可以較好地描述巖石的損傷演化過程。在循環(huán)壓縮載荷下，也實(shí)測了不同加載速度及不同載荷水平下巖體內(nèi)可釋放應(yīng)變能、耗散能、卸荷彈性模量及卸荷泊松比的變化規(guī)律，給出了復(fù)雜應(yīng)力條件下卸荷彈性模量的變化公式?；诳舍尫艖?yīng)變能建立了巖體的整體破壞準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則與大理巖的雙壓試驗(yàn)結(jié)果符合得比較好。對工程中常見的層狀巖體，提出了基于畸變能與廣義體積膨脹勢能而建立的層狀巖體破壞準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則與層狀巖的雙壓試驗(yàn)結(jié)果也符合得比較好。 2 巖體內(nèi)的耗散能與可釋放應(yīng)變能 考慮一個(gè)巖體單元在外力作用下產(chǎn)生變形，假設(shè)該物理過程與外界沒有熱交換，即一個(gè)封閉系統(tǒng)，外力功所產(chǎn)生的總輸入能量為U，由熱力學(xué)第一定律得 式中：Ud為耗散能；Ue為可釋放彈性應(yīng)變能，其表達(dá)式為 式中：及v分別為卸荷彈性模量與泊松比平均值。 耗散能Ud用于形成材料內(nèi)部損傷和塑性變形，其變化滿足熱力學(xué)第二定律，即內(nèi)部狀態(tài)的改變符合熵增加趨勢。圖1中巖體單元i的應(yīng)力-應(yīng)變曲線下點(diǎn)狀陰影面積Uid代表了形成損傷和塑性形變時(shí)巖體單元所消耗的能量?？舍尫艖?yīng)變能Ue為巖體單元卸載后釋放的彈性應(yīng)變能，該部分能量與卸荷彈性模量及卸荷泊松比直接相關(guān)，圖1所示應(yīng)力-應(yīng)變曲線下的帶狀陰影面積Uie代表了巖體單元中儲存的可釋放應(yīng)變能。從熱力學(xué)觀點(diǎn)來看，能量耗散是單向和不可逆的，而能量釋放則是雙向的，只要滿足一定條件都是可逆的。 圖2所示為某一砂巖試件在單軸循環(huán)壓縮條件下的載荷-位移曲線，從圖中可看出，當(dāng)加載到某一載荷再卸載時(shí)，卸載曲線并不沿著原來的加載曲線，而是要低于加載曲線。加載曲線下的面積是外載所做的功，而卸載曲線下的面積是巖石釋放的彈性能，也就是對應(yīng)于該載荷時(shí)巖石的彈性變形能。加卸載曲線的不同表明，外載所做的總功除了引起巖樣彈性變形能的增大外，還有一部分是被耗散掉了，耗散掉的能量不會隨著卸載再從巖樣中釋放出來，因此卸載曲線要低于加載曲線。由外載總功減去巖樣的彈性變形能即為耗散掉的能量，也就是加卸載曲線之間的面積。 通過計(jì)算面積可以將各個(gè)循環(huán)周次下外載所做的總功以及巖樣釋放的彈性能計(jì)算出來。作為示例，圖3給出了砂巖試樣在第25循環(huán)周次下的計(jì)算結(jié)果。圖中黑色部分面積即為相應(yīng)載荷下的彈性應(yīng)變能Ue，而灰色部分面積即為耗散掉的能量。從圖中可以看出，隨著載荷增大，外載所做的總功自然增多，而巖石耗散的能量也相應(yīng)增多。詳細(xì)試驗(yàn)結(jié)果見表1。 此外，加卸載曲線所相應(yīng)的彈性模量也是不同的，這反映了巖樣經(jīng)受某一載荷后剛度的變化，這種變化實(shí)際上就是能量耗散引起的不可逆損傷。通過計(jì)算可以將各個(gè)循環(huán)周次下的彈性模量計(jì)算出來，計(jì)算時(shí)采用卸載曲線起點(diǎn)和終點(diǎn)連線的斜率，即割線模量Es來表示巖樣的彈性模量。計(jì)算結(jié)果見圖4及表1。 為了描述巖石的損傷演化，需要計(jì)算巖石的損傷變量。損傷變量是一個(gè)熱力學(xué)內(nèi)變量，可以采用間接描述方法來表征?？紤]到彈性模量的變化可反映損傷演化，故采用如下方法計(jì)算巖石的損傷變量D，即式中：E0為沒有損傷的巖石的彈性模量，可由試驗(yàn)計(jì)算得到，可以近似認(rèn)為巖石在加載前沒有損傷，故E0可取第l循環(huán)周次時(shí)的彈性模量。計(jì)算結(jié)果見表1，所得到是對應(yīng)各循環(huán)周次下上限應(yīng)力水平時(shí)的損傷變量，也就是在損傷演化中各載荷下的損傷變量。 巖石的損傷狀態(tài)方程可表示為 由式(4)計(jì)算得到各載荷下的損傷能量釋放率，結(jié)果參見表1。 通過試驗(yàn)分析，可以得到巖石變形破壞過程中各載荷下?lián)p傷變量及損傷能量釋放率的計(jì)算值，而巖石的損傷演化也可由理論公式進(jìn)行計(jì)算，下面將對二者作一比較。 巖石在單向循環(huán)拉伸載荷下的損傷演化方程可表示為 將式(5)兩邊取對數(shù)可得 前文已經(jīng)假定巖石在加載前沒有損傷，于是有D0=0，Y0=0，則式(6)可表示為 不妨取則式(7)是一個(gè)關(guān)于x和y的線性關(guān)系式： 通過試驗(yàn)，可以計(jì)算得到x和y的數(shù)據(jù)集。于是通過對x和y的數(shù)據(jù)集進(jìn)行線性擬合分析，可以判斷x和y是否線性相關(guān)。若x和y線性相關(guān)，則可由擬合出的系數(shù)a，b計(jì)算B，n：分析結(jié)果見圖5，線性相關(guān)系數(shù)R0.98，這就表明x和y的線性關(guān)系是存在的，也就是說巖石的損傷演化方程式(5)是符合試驗(yàn)結(jié)果的。進(jìn)一步可求得巖石的材料參數(shù)B和n，并繪出巖石損傷演化的理論曲線。圖6所示即為砂巖試樣的損傷演化方程理論曲線與試驗(yàn)結(jié)果之間的比較，可見基于能量耗散的巖石損傷演化方程很好地表示了巖石在試驗(yàn)過程中的損傷演化。圖1 巖體單元中的耗散能和可釋放應(yīng)變能的關(guān)系圖2 砂巖試樣單軸循環(huán)壓縮時(shí)的載荷-位移曲線圖3 砂巖試樣單軸循環(huán)壓縮時(shí)的能量耗散表1 砂巖試樣單軸循環(huán)壓縮試驗(yàn)結(jié)果圖4 砂巖試樣單軸循環(huán)壓縮時(shí)的損傷演化圖5 砂巖試樣單軸循環(huán)壓縮時(shí)的損傷演化方程擬合結(jié)果圖6 砂巖試樣單軸循環(huán)壓縮時(shí)的損傷演化方程理論曲線與試驗(yàn)結(jié)果的比較 3 不同壓力及加載速度下巖體內(nèi)的耗散能與可釋放應(yīng)變能 巖體在不同加載速度及不同載荷水平下，其內(nèi)部儲藏的可釋放應(yīng)變能完全取決于在這些條件下巖體當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐男逗蓮椥阅Ａ亢托逗刹此杀?，通過對巖體內(nèi)耗散能及儲藏的可釋放應(yīng)變能的總量及分布情況的計(jì)算，可估計(jì)巖體在下一時(shí)刻所處的狀態(tài)。本文在不同的加載速度下對巖石試件進(jìn)行了反復(fù)加卸載單軸壓縮試驗(yàn)(見圖7)，得到了不同加載速度及不同載荷水平下巖石的卸荷彈性模量和卸荷泊松比以及耗散能和可釋放應(yīng)變能的變化規(guī)律。 在按位移加載的單軸壓縮模式下，試件基本呈靜態(tài)破壞，因而可認(rèn)為試件吸收的能量被破壞前的損傷及破壞過程中的破裂消耗怠盡。經(jīng)系列試驗(yàn)可得出如下結(jié)論： (1) 在單軸壓縮初期，卸荷彈性模量與卸荷泊松比隨載荷水平的增加而略有增加，但到破壞前夕，卸荷彈性模量才會逐步變??；在靜態(tài)加載所涉及的很寬范圍內(nèi)，加載速度對卸荷彈性模量與卸荷泊松比的影響不十分明顯；只是隨著加載速度的提高，卸荷彈性模量與卸荷泊松比略有提高。試驗(yàn)結(jié)果見圖8與9。 (2) 堅(jiān)硬的巖體在破裂前其內(nèi)部的能量耗散值比較小，破裂過程中的能量耗散值比較大，幾乎為0.10.9的比例關(guān)系；而軟弱的巖體在破裂前其內(nèi)部的能量耗散值比較大，破裂過程中的能量耗散值也比較大，幾乎為0.40.6的比例關(guān)系。 (3) 巖體破壞前，單元內(nèi)的能量耗散值與可釋放應(yīng)變能值之比隨加載速度的降低而逐步變大。這說明緩慢的加載可增大巖體單元內(nèi)的能量耗散，這也許是由于緩慢加載可使巖體單元內(nèi)的微缺陷及塑性變形充分發(fā)育，從而使耗散能增大。 (4) 由于卸荷彈性模量與應(yīng)力及變形狀態(tài)有關(guān)，本文根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果給出了卸荷彈性模量與巖體拉應(yīng)變3之間關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式： 式中：3為巖體單元中可能的最大拉應(yīng)變；c為三向等壓時(shí)，巖體材料趨于剛化時(shí)的總壓應(yīng)變值，可以通過試驗(yàn)測定；t為單向拉伸時(shí)，巖體應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)曲線終端的總拉應(yīng)變值(見圖10)。式(11)對應(yīng)的曲線見圖11，此曲線的3個(gè)特征點(diǎn)為： 當(dāng)巖體單元內(nèi)可能的最大拉應(yīng)變3達(dá)到壓縮應(yīng)變c時(shí)(c0)(實(shí)際為三向壓縮；最小的壓縮應(yīng)變即可能的最大拉應(yīng)變3達(dá)到c時(shí)c230，壓應(yīng)力為正) 此類整體破壞單元在主應(yīng)力i方向的能量釋放率Gi為 式中：Ki為材料常數(shù)?？舍尫艖?yīng)變能Ue在3個(gè)主應(yīng)力方向按與最小壓應(yīng)力的差進(jìn)行分配，顯然，最大能量釋放率發(fā)生在最小壓應(yīng)力方向，即G3=K3(1-3)Ue。式(12)的定義體現(xiàn)了靜水壓力下不引起整體破壞的機(jī)制。 巖體單元發(fā)生整體破壞時(shí)滿足：式中：Gc為受壓時(shí)巖體單元發(fā)生整體破壞時(shí)的臨界應(yīng)變能釋放率，可由單向壓縮試驗(yàn)確定，即Gc=K313/2E0。經(jīng)整理得到巖體受壓時(shí)的整體破壞準(zhǔn)則為即式中：c為巖體單軸抗壓強(qiáng)度。從式(14)與(15)可以看出，因子1-3為巖體單元內(nèi)的最大剪應(yīng)力的2倍，其值越大，則此巖體單元越容易往3方向發(fā)生錯(cuò)動(dòng)破壞。此準(zhǔn)則從另一角度也反映了在受壓區(qū)巖體單元的剪切破壞機(jī)制。 (2) 受拉情況(30，見圖12) 在巖體單元受拉的情況下，儲存的可釋放應(yīng)變能Ue在3個(gè)主應(yīng)力方向按照主應(yīng)力值大小進(jìn)行分配，最大應(yīng)變能釋放率發(fā)生在最大主拉應(yīng)力3方向。巖體單元發(fā)生整體破壞時(shí)滿足： 式中：Gt為巖體單元受拉友生整體破壞時(shí)的臨界應(yīng)變能釋放率，可以由單向拉伸試驗(yàn)確定，即Gt= K3t3/2E0。經(jīng)整理得到巖體受拉時(shí)的整體破壞準(zhǔn)則為即 式中：t為巖體單軸抗拉強(qiáng)度。 （3）與試驗(yàn)的比較 為了驗(yàn)證本節(jié)給出的整體破壞準(zhǔn)則，對白色大理巖進(jìn)行了系列單向及雙向壓縮試驗(yàn)。試件尺寸為50 mm50 mm18 mm(長寬厚)，抗壓強(qiáng)度為40.58MPa。部分試件及試驗(yàn)照片如圖13，14所示，試驗(yàn)平均值與理論值的比較見表2與圖15。 由圖15與表2可以看出，試驗(yàn)點(diǎn)與理論曲線符合得比較好。該準(zhǔn)則按主應(yīng)力排序進(jìn)行計(jì)算，所以在圖15中1=2線的右下方，屬12的區(qū)域，不再繪出理論曲線與試驗(yàn)點(diǎn)。在雙向壓縮空間，1=2線左上方的理論曲線就已涵蓋了所有可能的雙向壓縮應(yīng)力組合。圖12 受力情況圖圖13 部分試件及試驗(yàn)照片圖14 雙向壓縮破壞后大理石試件表2 雙向壓縮下理論值與試驗(yàn)平均值的比較圖15 雙向壓縮下理論曲線與試驗(yàn)平均值的比較 5 關(guān)于層狀巖體的能量型破壞準(zhǔn)則 層狀巖體是工程中大量遇到的巖體，材料性能表現(xiàn)為橫觀各向同性甚至各向異性。由于層狀巖體的結(jié)構(gòu)特殊性，使得力學(xué)性能比一般巖體更為特殊，比如垂直層面方向的力學(xué)性能與平行層面方向的力學(xué)性能大不相同，每個(gè)方向上的抗拉與抗壓性能也大不相同，特別是當(dāng)應(yīng)力主方向與層面斜交時(shí)，用常規(guī)的強(qiáng)度理論不便于分析，因而對于層狀巖體破壞準(zhǔn)則的研究顯得十分必要。 本節(jié)引用了大家較為熟知的層狀巖體的橫觀各向同性本構(gòu)關(guān)系，分析了此本構(gòu)關(guān)系在某些特殊情況下的表達(dá)式；對層狀巖體單元，提出了便于進(jìn)行破壞理論分析的層面內(nèi)最大剪應(yīng)力單元，定義了該巖體單元的廣義體積膨脹勢能與畸變能，認(rèn)為這兩種類型的廣義能量之和能夠度量層狀巖體接近破壞的程度，從而構(gòu)筑了層狀巖體的一個(gè)破壞準(zhǔn)則；由對層狀巖體垂直于層面、平行于層面及平行于層面的巴西圓盤的三個(gè)受壓強(qiáng)度指標(biāo)實(shí)測值完成了準(zhǔn)則中參數(shù)的確定，從而可以對各種受載條件下的層狀巖體單元進(jìn)行破壞分析。 (1) 層面內(nèi)的最大剪應(yīng)力單元在分析層狀巖體強(qiáng)度時(shí)，為便于分析，總可沿平行于層面及垂直于層面的方位截取單元，得到圖16(a)所示的“一般層狀巖體應(yīng)力單元”。但這種巖體單元上的應(yīng)力與x，y的坐標(biāo)取向相關(guān)，應(yīng)力數(shù)比較多，因而在一般情況下仍不便于力學(xué)分析。由于層面內(nèi)為連續(xù)介質(zhì)，各向同性，因而可以在層面內(nèi)繞z軸旋轉(zhuǎn)尋找主單元，如圖16(b)所示，注意忽略單元體尺度內(nèi)沿z方向的應(yīng)力變化，因而巖體單元上下兩個(gè)z平面上的應(yīng)力能白相平衡。這樣，圖1 6(b)所示層狀巖體單元上的應(yīng)力就成了層狀巖體結(jié)構(gòu)中位置的函數(shù)，而與x，y的坐標(biāo)取向無關(guān)，應(yīng)力數(shù)也少了一個(gè)，這就是便于力學(xué)性能分析的“層面內(nèi)主單元”。這種單元獨(dú)立應(yīng)力有5個(gè)，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系為 式中：Ee為各向同性面(1與2所在面)內(nèi)所有方向的彈性模量，Ez為垂直于層面方向(z方向)的彈性模量，為各向同性面內(nèi)的泊松比，z為垂直于各向同性面內(nèi)的泊松比，Gz為垂直于各向同性面內(nèi)的剪切彈性模量。 對圖16(b)所示“層面內(nèi)主單元”，當(dāng)層面內(nèi)的雙向主應(yīng)力不相等時(shí)，層面內(nèi)存在最大剪應(yīng)力。當(dāng)巖體受壓時(shí)，容易發(fā)生剪切破壞，基于對剪切破壞的關(guān)注，將此單元繞z軸旋轉(zhuǎn)450，就得到“層面內(nèi)最大剪應(yīng)力單元”。這種單元獨(dú)立應(yīng)力數(shù)也為5個(gè)，這種單兀的橫觀各向同性本構(gòu)關(guān)系將由式(19)退化為其中， =(1+2)/2，=(1-2)/2式中：G為平行于各向同性面內(nèi)的剪切彈性模量。 (2) 能量型破壞準(zhǔn)則 前面所敘層面內(nèi)最大剪應(yīng)力單元，不存在層面方位與主應(yīng)力斜交所帶來的問題，便于進(jìn)行巖體破壞因素分析。本文認(rèn)為，巖體單元受力后所發(fā)生的體積膨脹及形狀畸變非常容易導(dǎo)致破壞，相反，體積壓縮則不容易發(fā)生巖體破裂。而層面內(nèi)的最大剪應(yīng)力單元承受的正好是等拉力或等壓力，體現(xiàn)了體積膨脹或壓縮，層面內(nèi)的最大剪應(yīng)力正好揭示了層面內(nèi)可能產(chǎn)生的最大體積畸變；再考慮z方向的拉壓應(yīng)力給膨脹或壓縮帶來的貢獻(xiàn)及z平面上的剪應(yīng)力給畸變帶來的貢獻(xiàn)，通過能量的概念將所有這些量聯(lián)系起來，形成本文的層狀巖體破壞準(zhǔn)則。 本文定義這種巖體單元的體積膨脹勢能為式中：k與kz，均為考慮及z方向拉壓性質(zhì)不同而引進(jìn)的參數(shù)，它們使得當(dāng)巖體單元體積發(fā)生膨脹時(shí)，Ueq基本為正，當(dāng)體積發(fā)生收縮時(shí)，Ueq基本為負(fù)。該能量指標(biāo)可以檢驗(yàn)巖體單元臨近拉破壞的程度。 本文定義這種巖體單元的畸變能為式中：為z平面上的全剪應(yīng)力，該能量指標(biāo)可以檢驗(yàn)巖體單元臨近剪破壞的程度。兩種能量之和體現(xiàn)了拉破壞與剪破壞的綜合效果。 本準(zhǔn)則認(rèn)為，當(dāng)Uep與Ueq之和達(dá)到某一臨界能量值時(shí)，巖體單元發(fā)生破壞或破裂： 為了能與式(21)，(22)相匹配，以消去1/2因子，本文設(shè)這個(gè)臨界值為1/2Ue0。考慮到前面提到的本構(gòu)關(guān)系式(20)，則式(24)變?yōu)?式(25)即為本文提出的關(guān)于層狀巖體的能量型破壞準(zhǔn)則。式中的k，k z及Ue0可分別通過平行于層面的抗壓強(qiáng)度、垂直于層面的抗壓強(qiáng)度以及平行于層面的巴西圓盤受壓試驗(yàn)來確定：其中， 式中： z c與 x y c為垂直于層面的抗壓強(qiáng)度， z t為平行于層面受壓的巴西圓盤中心點(diǎn)的水平破壞應(yīng)力。依彈性力學(xué)對勻質(zhì)巴西圓盤中心點(diǎn)的應(yīng)力分析，應(yīng)取n=3；本文為層狀巖，故取n3。 對于某水庫邊坡的層狀巖體，本文通過上述3種試驗(yàn)所測得的強(qiáng)度指標(biāo)，以及此層狀巖體的各個(gè)力學(xué)性能參數(shù)，再通過式(26)，建立了它的破壞準(zhǔn)則為 圖1719為本文作者對層狀巖體進(jìn)行的雙向壓縮試驗(yàn)情況。圖20中的橢圓為此準(zhǔn)則在1-z平面所預(yù)示的一條理論曲線。由于層狀巖體抗拉與抗壓性質(zhì)不同，因而該理論曲線相對于坐標(biāo)原點(diǎn)為一偏心橢圓。從圖20可知，試驗(yàn)結(jié)果與理論曲線基本相符。當(dāng)抗拉與抗壓性質(zhì)相等時(shí)，此理論曲線會成為一正橢圓，與Mises準(zhǔn)則所給出的橢圓很相似，但Mises準(zhǔn)則只考慮了畸變能，且只能預(yù)示拉壓同性材料的剪破壞，對金屬材料而言，即只預(yù)示屈服。圖16 3種層狀巖體應(yīng)力單元圖17 部分破壞后試件圖18 雙向壓縮試驗(yàn)前試樣圖19 雙向壓縮試驗(yàn)后試樣圖20 理論曲線與試驗(yàn)結(jié)果的比較(2=0) 6 結(jié)論 (1) 通過巖石(體)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線、卸荷彈性模量與卸荷泊松比，定義了巖體單元能量耗散值與可釋放應(yīng)變能值；整個(gè)巖體結(jié)構(gòu)的可釋放應(yīng)變能與耗散能為每個(gè)巖體單元相應(yīng)能量值的疊加。 (2) 通過不同加載速度的單向反復(fù)加卸載壓縮試驗(yàn)可知，巖體單元在受壓初期，卸荷彈性模量與卸荷泊松比隨載荷水平的增加而略有增加，到破壞前夕，卸荷彈性模量才會逐步變小；在靜態(tài)加載所涉及的很寬范圍內(nèi)，加載速度對彈性模量與卸荷泊松比的影響不明顯。 (3) 隨著壓力水平的增加，巖體內(nèi)的耗散能與可釋放應(yīng)變能都會隨之增加；堅(jiān)硬的巖體在破裂前其內(nèi)部的能量耗散值比較小，外力所做功幾乎都轉(zhuǎn)為巖體內(nèi)可釋放應(yīng)變能，而軟弱巖體破裂前，外力所做功有很大部分將被耗散掉，可釋放應(yīng)變能相對較小。這就是硬巖為何比軟巖容易發(fā)生巖爆的原因。 (4) 巖體破壞前，單元內(nèi)的能量耗散值與可釋放應(yīng)變能值之比隨加載速度的降低而逐步變大。這說明緩慢加載可增大巖體單元內(nèi)的能量耗散。 (5) 對于各向同性巖體，提出了一個(gè)分區(qū)定義的基于可釋放應(yīng)變能沿最小壓應(yīng)力方向釋放導(dǎo)致破壞的能量型準(zhǔn)則。在雙向加壓的條件下，試驗(yàn)值與理論值符合比較好。 (6) 對橫觀各向同性層狀巖體，提出了一個(gè)基于體積膨脹及體積畸變導(dǎo)致破壞的能量型準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則在主應(yīng)力1-z平面為一偏心橢圓，與本文的雙壓試驗(yàn)值符合比較好。 (7) 通過對砂巖進(jìn)行循環(huán)壓縮試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，在巖石壓縮過程中外載所做的功一部分使巖石彈性變形能增大，另一部分將被耗散掉。能量耗散是導(dǎo)致巖石發(fā)生不可逆損傷的原因。 (8) 通過試驗(yàn)對基于能量耗散分析建立的巖石損傷演化方程進(jìn)行了驗(yàn)證，測定了相關(guān)參數(shù)指標(biāo)。試驗(yàn)結(jié)果表明，這一理論模型可以較好地描述巖石在壓縮時(shí)的損傷演化過程。 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