单轴压缩下非贯通节理岩体损伤本构模型及其影响因素

本文主要探讨了单轴压缩荷载下非贯通闭合节理岩体的损伤行为及其本构模型。在当前的研究中，损伤力学被广泛用于理解岩体的力学特性，但现有的损伤变量定义往往过于简化，主要关注节理的几何特征，如节理的长度、宽度、间距等，而忽略了重要的力学参数，如节理的内摩擦角。这些参数对于准确反映岩体的实际力学响应至关重要，特别是当岩体中存在非贯通闭合节理时。 作者首先基于断裂力学的理论，将单个节理的存在所引起的额外应变能增量与损伤力学中的损伤应变能释放量关联起来，从而推导出一种新的损伤变量计算公式，这个公式能够同时考虑节理的几何特性和力学参数。这一创新使得损伤变量更全面地反映了岩体的复杂性。 接着，作者研究了单轴压缩荷载下单个节理尖端的应力强度因子(KI和KII)，这涉及到断裂力学中的关键概念，通过这个计算方法，可以评估节理在受压情况下的稳定性。文章进一步考虑了多节理之间的相互作用，提出了针对单组单排和多排非贯通节理的应力强度因子计算公式，这些公式对于理解和预测岩体的整体行为非常重要。 最后，作者应用构建的损伤本构模型，对含有单条非贯通节理的岩体在单轴压缩荷载作用下的峰值强度和损伤变量进行了深入分析。研究结果显示，当节理倾角小于其内摩擦角时，岩体的行为接近完整岩石，损伤很小；然而随着节理倾角增大，岩体强度逐渐下降，损伤增加，直到约60°时达到最大值。此外，节理的长度和内摩擦角也显著影响岩体的损伤程度，长度增加会加剧损伤，内摩擦角增大则有助于提高岩体的稳定性能。 总结来说，本文的重要贡献在于提出了一种新型的损伤变量计算方法，并据此建立了单轴压缩荷载下非贯通闭合节理岩体的损伤本构模型，这不仅拓展了损伤力学在岩体力学领域的应用，也为岩体工程设计提供了更为精确的理论依据。