岩体损伤力学理论进展

回顾了对损伤及岩体损伤理论的发展历史，并简要介绍了岩体损伤力学的主要内容，任务和研究它的若干假设，详细讨论了什么是损伤的表征，什么样的变量可作为损伤变量及如何用直接的或间接的，力学的或物理学的方法来测量它们，研究表明，岩体的损伤是在初始损伤的基础上累进性发展的，是不可逆的，研究材料的损伤演化时，可引进一些能反映材料内部结构变化的内变量构成损伤演变方程，损伤演变过程的研究也必是今后研究的热门。     

岩体损伤问题

从微观及宏观两方面对岩体损伤的意义及性质作了阐述,介绍了连续损伤力学中有关损伤变量的定义和量度,给出了韧性、脆性、疲劳与蠕变状态下的损伤演变方程。文内除了列举几种反映岩体软化及节理裂隙性质的损伤模型外,还介绍了细观与统计损伤模型。最后简要叙述了几种损伤测量方法,包括超声衰减技术、声发射以及现代光学技术。     

汶川地震区典型公路隧道衬砌震害类型统计分析

汶川地震对震区公路隧道结构造成了严重的破坏,这严重影响了灾区震后救援和灾后重建。为了保留汶川地震灾区公路隧道震害的珍贵资料,对震区公路隧道震害资料进行了搜集、整理、统计和分析。首先按照隧道结构拱部、边墙、仰拱及附属结构进行统计和分析,再对影响隧道震害的六个因素(震中距、地质条件、断层、竖向地震、支护结构及施工质量)进行了研究,并得出了一些抗震设防启示及建议。研究成果一方面为研究汶川地震震区公路隧道震害机理提供了基础资料,另一方面对于进一步研究高烈度地震区公路隧道抗震及减震技术起到了推动作用。     

岩石爆破损伤模型的比选与改进

归纳了目前应用较为广泛的爆破损伤模型关于损伤变量的定义方法,基于FORTRAN与LS-DYNA自定义接口,将5种典型的爆破损伤模型成功导入LS-DYNA。根据具体的工程实例,对5种爆破损伤模型计算的精确性进行了对比计算和验证。结果表明,KUS模型与RFPA模型对应的结果与实测值更接近。选取计算结果较为准确的KUS模型进行改进,考虑压缩损伤,并修正了宏观弹性常数的确定方法,建立了拉压损伤模型,并对该模型的计算精确性进行验证,结果表明,该拉压损伤模型可以更好地定量描述岩体爆破损伤范围。     

双标量描述的土的损伤模型及其应用

根据双标量各向同性弹性损伤理论,提出了一个土体损伤模型,给出了相应的损伤演化方程。将其运用到地基土的静载荷试验中,采用修正分层总和法得到了地基土的理论荷载-沉降曲线,与实测曲线进行比较,验证了本模型的正确性。     

岩石爆破的相对损伤与损伤累积计算

为了便于工程应用,利用损伤变量定义,确定既真实反映力学作用过程,又易于获取和进行客观度量损伤变量的一种方法。通过提出的相对损伤概念,用相对损伤变量表示含损伤材料在载荷作用下损伤扩展程度和不同部位的相对损伤程度,使衡量受力作用程度的损伤变量确定更易实现。同时,提出了一种基于裂纹扩展的损伤累积计算方法,并用实例计算说明了其合理可行。     

压缩载荷下准脆性材料宏细观损伤变量研究

在连续损伤力学的基本框架内构建损伤力学模型,而对损伤变量的定义及其演化方程的描述则充分借鉴细观损伤力学的研究成果,就可以建立一个宏细观相结合的损伤模型。对于压缩载荷下准脆性材料损伤,通过假设宏观损伤分析和细观损伤分析所得到的有效弹性张量等价,可以求得宏观损伤变量与细观损伤机制相关的表达及其损伤演化方程,进而可以建立宏细观相结合的损伤模型,并以单轴压缩为例表明这种分析方法是可行的。     

结构性土体破损的全过程分析

运用损伤力学和断裂力学理论,从能量的角度对结构性土体裂纹扩展进行了全过程分析。理论分析表明,结构性上体抗剪的断裂韧度小于其抗拉断裂韧度。在土体破损分析中,若从损伤因素的影响来评价土体的工作状态将比较安全。     

岩土应变损伤变量测度研究

岩土材料变形破坏损伤测度关系到其稳定性计算结果的可靠性。在考虑了现有岩土损伤模型不完备性的基础上,分析了岩土材料的损伤值存在上限1的非可达性,提出了以应变对线弹性本构曲线的偏离量（差应变）与应变的比值作为损伤量度的方法。根据试验结果进行计算分析表明,其可对初始损伤和临界损伤进行准确计算。同时,根据岩石脆性破坏试验,指出岩石在由弹性阶段向非弹性阶段过渡时存在材料损伤度的陡增区间,其与岩石材料内部微裂纹的扩展与相互屏蔽作用有关,在这个区间岩石的应变和损伤会出现局部化集中。      

考虑损伤门槛的统计损伤本构模型研究

在统计损伤理论的基础上,从统计损伤本构模型的一般性公式出发,考虑到岩石的受力状态,提出统计损伤本构模型应考虑损伤门槛的影响,建立了考虑损伤门槛的统计损伤本构方程。以石膏角砾岩的常规三轴试验结果作为实例,进行了验证。理论计算结果与试验结果对比表明,考虑损伤门槛的统计损伤本构模型是更加合理的。      

花岗岩残积土冲击损伤与损伤演化特性试验研究

选取东南沿海某建筑工程地基浅层残积土为试样,运用超声波岩土损伤检测技术,测试计算在不同冲击荷载作用下试样纵波波速。选用纵波波速为损伤变量进行损伤度计算,分析了冲击荷载冲击频率、冲量等参数对试样损伤度的影响关系。同时结合试样试验破坏实际情况,分析了冲击荷载作用下试样损伤演化破坏特性。结果表明,随着冲击频率和冲量的增大,残积土试样损伤度都有增大上升趋势;随着损伤度的增加,残积土冲击损伤演化过程可分为小变形、端部出现裂纹、前端1/3处鼓胀或出现裂纹、前端裂纹扩展与表面剥落等几个不同破坏阶段。研究结论为揭示动荷载作用下残积土动力损伤演化规律提供科学依据和量化参数。     

基于层次分析法的油田套损定量研究

在研究了国内、外大量有关油田套损机理资料的基础上,针对研究区海拉尔油田贝301区块应用层次分析法,对导致套损的诸多因素建立层次结构模型,定量计算出各个影响因素的权重.同时,建立套损参数判别模型,计算出套损参数,并将数据处理结果与实际套损资料进行对比可知,套损参数判别模型建立比较合理,判断正确率达到了85%以上.结果表明...     

单轴受压状态下钢纤维混凝土损伤本构模型研究

针对钢纤维混凝土在单调载荷条件下损伤行为的复杂性,根据Weibull统计分布理论和等效应变假定原理,得出了钢纤维混凝土损伤本构模型,基于试验数据,确定了模型参数。分析计算结果显示,该模型可以有效地描述单轴受压状态下钢纤维混凝土的损伤过程。     

冻融循环下砂岩损伤演化及本构模型

冻融交替对岩石宏观强度产生弱化。基于冻融循环条件下的压缩试验结果,利用损伤力学研究材料强度特征及损伤演化,建立岩土材料的损伤模型。结果表明:随着循环次数的增加,砂岩的力学强度参数均逐渐减小,抗压强度与弹性模量的降低幅度可以达到49.70%、83.40%,意味着冻融循环对材料力学性质损伤显著;定义岩石综合损伤变量,得到损伤演化特征曲线,基于高斯函数变化特征,构建冻融循环条件下材料损伤本构模型,对比分析试验与模型曲线,发现该模型能够较好地描述试验结果。基于高斯函数的损伤模型能较好地反映材料变形行为特征,研究成果可以为类似本构模型的建立提供参考。     

地下采场动态施工损伤演化的数值试验

采用莫尔－库仑准则作为岩体的剪切屈服条件、极限应变作为剪切损伤判据、最大拉应力作为拉伸损伤判据,建立了适合岩体的弹塑性各向异性损伤数值模型。运用该数值模型研究了施工过程不施作支护结构和施作支护结构情况下地下采场覆岩的动态损伤演化过程,并与不施作支护结构时岩体采用弹性模型的数值结果进行了对比。数值试验重现了施工过程地下采场覆岩的动态损伤演化过程,从而为进一步优化支护结构设计、施工以及预防和控制地下采场塌方等工程事故提供了一种新的数值试验手段。     

A New Damage Index

A new damage index to estimate damage to buildings relies on construction costs per square metre, and a replacement ratio which approximates costs relative to the cost of replacing a median-sized family home. Building damage is estimated against a five-point scale with Central Damage Values at 0.02, 0.1, 0.4, 0.75 and 1.0 of the replacement cost.Damage is expressed as damage in House Equivalents (HE) = Replacement Ratio × Central Damage Value. The Damage Index = log₂ (HE) provides a simple 0–20 scale covering total damage of less than 1 HE to>1 million HE. For all natural hazard impacts in Australia DI is less than 12.Where the only damage data available are of lesser quality Generic or Qualitative Damage Indices (GDI and QDI) can be used. The various advantages and limitations of the Damage Index are discussed.     

An Experimental Damage Model and Its Application to the Evaluation of the Excavation Damage Zone

Summary. An experimental damage model, which can simulate both post-peak and pre-peak damage characteristics of rock by assuming distinct elastic constants in each damage level, was proposed. Each damage level was identified by two successive threshold values of major principal stresses, which could be determined from uniaxial and triaxial compression tests and measurement of acoustic emissions. Elastic constants pertaining to each damage level were expressed in terms of confining pressure (minor principal stress) by regression equations of the experimental data. Post-peak behavior was simulated by selecting suitable values of the Hoek-Brown constants m _r and s _r for post-failure. The proposed experimental model was implemented into FLAC by writing a FISH function. The parametric studies on Hoek-Brown constants for post-peak behavior revealed that peak strength depends greatly more on s _r than m _r , and post-peak slopes of stress–strain curves depend mainly on m _r . Together with the elastic and elasto-plastic models, the nonlinear-brittle-plastic damage model derived from experiments was applied to the evaluation of an excavation damage zone around a highly-stressed circular tunnel for the purpose of checking the performance of the model. Of the three models, the nonlinear-brittle-plastic damage model gave the largest extent of disturbed zones and displacements around the tunnel. The damage zone predicted by the nonlinear-brittle-plastic model became larger as the magnitudes and the stress differences of in-situ stresses increased. Consequently, taking the damage model into account in the stability analysis of hard rock tunnels may be appropriate for conservative design of a highly stressed tunnel.     

南水北调西线TBM掘进下隧洞围岩损伤研究

为研究隧洞掘进机（tunnel boring machine,TBM）掘进下隧洞围岩的损伤特征,选取南水北调西线工程为背景工程,针对隧洞围岩TBM掘进后的损伤进行了系统的研究与分析。根据板岩在室内试验中表现出来的脆性和屈服后强度特性,提出了以黏聚力弱化-摩擦角强化（cohesion weakening and frictional strengthening,CWFS）脆性模型为基础考虑岩体屈服后损伤的本构模型,通过VC++编译dll动态链接库,并将其植入FLAC3D程序中。应用神经网络和遗传方法等优化算法对本构模型中的参数进行了反演分析,并以室内三轴压缩试验为依据,对该本构模型进行了验证。结果表明,提出的考虑损伤的CWFS模型可以较好地反映板岩的弹性特征、屈服后的强化特征、脆性破坏特征和破坏后残余强度特征。以该模型为基础,模拟了南水北调西线隧洞在TBM掘进条件下隧洞围岩的变形特性、应力发展规律及其损伤演化特征,并与基于Mohr-Coulomb本构关系的计算结果进行了对比分析。提出的考虑损伤的CWFS模型能更好地反映隧洞掘进后围岩损伤特征,即损伤沿着弱势区域发展的规律     

温度效应对盐岩力学特性影响的试验研究

对经历不同温度后盐岩的力学性能进行了试验研究,分析了盐岩应力-应变曲线、峰值应力、峰值应变、弹性模量等的变化情况。分析结果表明,温度对盐岩的物理力学特性影响较大,随着温度的升高,盐岩的力学性能劣化明显,峰值应力和弹性模量降低,峰值应变增加;峰值应力可以表示成围压与温度的函数,并从盐岩弹性模量随温度的变化规律入手,导出了热损伤演化方程和一维TM耦合损伤本构方程。     

非饱和土损伤模型与应用

非饱和土应力状态是采用有效应力( –ua)和基质吸力(ua–uw)作为应力状态变量,相应的Mohr-Coulomb破坏包面是在有效应力、基质吸力和剪应力的三维坐标系中的曲面（通常在应用中假定为平面）。根据应变等效性原理定义损伤变量,由非饱和土给出损伤变量与偏应力的曲线,并得到非饱和土的损伤阈值与基质吸力呈指数函数关系。采用一非饱和土土坡开挖过程的算例,说明基于损伤演化描述的稳定性数值分析方法可行。