第2章巖體損傷力學(xué)2.1巖石材料的損傷及損傷現(xiàn)象損傷”泛指材料內(nèi)部的一種劣化因素,與所涉及的材料和工作環(huán)境密切相關(guān)。巖石材料本身就是一種天然損傷材料。把損傷力學(xué)應(yīng)用于巖石材料最早是由Dougill(1976)引入的。Dragon(1979)根據(jù)斷裂面的概念研究巖石的脆塑性損傷行為,建立了相應(yīng)的連續(xù)介質(zhì)模型;Krajcinovic(1981)使用熱力學(xué)和空穴運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)巖石類脆性材料的本構(gòu)方程進(jìn)行了較為全面的研究。隨著巖石材料試驗(yàn)手段的發(fā)展,許多學(xué)者通過巖石材料試驗(yàn)現(xiàn)象和分析結(jié)果來研究巖石材料的損傷特征。Krajcinovic、DragonCostin、Kachanov、Lemaitre、Chaboche等著名的損傷力學(xué)專家都曾提到了巖石材料損傷的特點(diǎn)和重要性,同時(shí)又從巖石材料本身的組構(gòu)特征出發(fā)探討其損傷機(jī)理,建立相應(yīng)的模型和理論,從而使巖石損傷力學(xué)研究一步豐富和完善。第2章巖體損傷力學(xué)1.巖石材料損傷的微細(xì)觀表現(xiàn)般巖石材料的組織結(jié)構(gòu)為體+晶間質(zhì)微層理(沉積造成)巖石組織泥質(zhì)+孔隙(水)+微裂紋」微節(jié)理(受力造成頓粒+膠結(jié)質(zhì)鈣質(zhì)微劈理(造巖造成)硅質(zhì)Spun和Brace(1974)詳細(xì)研究了不同巖石中的自然孔隙和微裂紋,注意到孔隙率可由兩種方式定義,即總的和表觀的。表觀孔隙率是相連于巖石外表面的孔隙和微裂紋互相連通的體積的量度;總的孔隙率是所有孔隙和微裂紋所占體積的量度,它既包含與外表面相連的孔隙和微裂紋,也包含與外表面不相連的孔隙和微裂紋巖石中自然存在的孔隙和微裂紋的形狀和尺寸如下圖所示.巖石材料損傷的微細(xì)觀表現(xiàn)2巖石中的自然微孔隙孔隙類型形狀接近尺寸(mm)氣孔(泡)狀球形100~10000孔穴球形10~2000LARC-晶界上長和薄,縱橫比<101F0寬度)裂紋或孔隙HARC一晶內(nèi)等分的,>10104-7(寬度)注:LARC—低縱橫比孔隙;HARC高縱橫比孔隙巖石中的自然微孔隙3結(jié)晶巖石中的自然孔隙率孔隙率巖石裂紋(%)晶粒盡寸最大LARC表觀的總的輝綠巖Diabase00.1輝長石(Gabbro00.20.2180Raymond花同巖0.220.40.620000180Katahdin花崗巖(I)00702000260Katahdin花崗巖(Ⅱ)0.460.83000600西部花崗巖0.2007750100Chelmsford0160.9L.01500150花崗閃長巖Granodiorite029082000360結(jié)晶巖石中的自然孔隙率4掃描電鏡技術(shù)也充分證明了巖石是一種自然損傷材料,其自然損傷大致有下面幾種(1)孔隙在沉積巖中最為常見,在顆粒支撐、接觸式膠結(jié)物連接或顆粒連接等膠結(jié)類的碎屑巖(如砂巖)中,孔隙的體積含量相當(dāng)高。砂巖孔隙的類型主要是粒間孔隙,分布比較均勻,孔隙的大小與沉積顆粒的尺寸和分選性有關(guān),形態(tài)取決于顆粒形態(tài)和顆粒粒徑的級(jí)配。石灰?guī)r中的孔隙含量低于砂巖,形態(tài)還與膠結(jié)物有關(guān)?？紫妒且环N典型的三維細(xì)觀損傷(2)顆粒邊界及界面裂紋沉積巖中,顆粒與顆粒之間或顆粒與各種膠結(jié)物之間的結(jié)合一般都比較薄弱;或者結(jié)晶質(zhì)巖漿巖中礦物顆粒之間或者結(jié)晶界面,以及變質(zhì)巖中重結(jié)晶礦物之間的結(jié)合相對(duì)較弱。所以巖石中的顆粒邊界成為重要的初始細(xì)觀損傷。在顆粒邊界常形成界面裂紋、或者結(jié)晶界面裂紋的細(xì)觀損傷的形狀受碎屑顆粒、礦物顆?；蛘呔w顆粒的外形所控制。(3)微裂紋實(shí)質(zhì)上是細(xì)觀裂紋,既可以在成巖過程中形成,也可以在后期改造過程中產(chǎn)生,比如花崗巖中由于結(jié)晶作用及構(gòu)造應(yīng)力作用所形成的大量微裂紋(包括晶體界面裂紋)、大理巖中原巖殘留的微裂紋和重結(jié)晶作用產(chǎn)生的裂紋;沉積巖中基質(zhì)裂紋及顆粒原有微型裂紋等(4)解理面方解石解理面是大理巖重要的細(xì)觀損傷。(5)微層理、劈理面、軟弱包含物等。掃描電鏡技術(shù)也充分證明了巖石是一種自然損傷材料,其自然損傷大52.巖石損傷的宏觀力學(xué)表現(xiàn)(1)單軸壓縮全應(yīng)力一應(yīng)變曲線巖石材料承受壓縮荷載情況下變形與強(qiáng)度特性表現(xiàn)出明顯的四個(gè)變形階第一階段:即oa段,表現(xiàn)出明顯的上凹形狀,這主要是由于巖石內(nèi)的微裂紋孔隙、空洞的閉合效應(yīng)引起,而這種微裂紋、孔隙和空洞就是巖石材料初始損傷的實(shí)第二階段:即ab段,應(yīng)力與應(yīng)變近似的成正比,巖石材料的剛度為常數(shù)。原始損傷閉合使其達(dá)到一個(gè)較穩(wěn)定的階段。第三階段:即bc段,應(yīng)力、應(yīng)變曲線表現(xiàn)出下凹形狀,由于巖石材料的強(qiáng)度超過了其屈服極限,內(nèi)部又產(chǎn)生了新的微裂隙和損傷,使得體積明顯膨脹和增大,這階段是巖石損傷擴(kuò)展的最初表現(xiàn)。一直到達(dá)到強(qiáng)度極限的峰值第四階段:即cd段,一般也稱作應(yīng)變軟化階段。當(dāng)超過了巖石峰值極限后,應(yīng)力隨著變形的繼續(xù)增大而降低,巖石內(nèi)的損傷裂隙急劇擴(kuò)展,體積明顯增大,一直到點(diǎn)直至斷裂破壞,這一階段是巖石材料損傷擴(kuò)展的實(shí)質(zhì)性表現(xiàn)。巖石玉縮全應(yīng)力應(yīng)變曲線2.巖石損傷的宏觀力學(xué)表現(xiàn)6(2)單軸循環(huán)加載下巖石的全應(yīng)力—應(yīng)變曲線單軸循加載條件下巖石全應(yīng)力一—應(yīng)變曲線表現(xiàn)出下面幾個(gè)特性:①從總體輪廓上看循環(huán)加載與單調(diào)加載的全應(yīng)力一應(yīng)變曲線有著極為相似的特點(diǎn),即初始的損傷裂隙閉合與后期的應(yīng)變軟化階段②卸載彈性模量與加載彈性模量不同,即就是在卸載曲線和加載曲線中成了一個(gè)“滯叵③隨著加卸載循環(huán)次數(shù)的增加,其加載彈性模量、卸載彈性模量和前·級(jí)相比較逐漸減小其實(shí)②、③兩個(gè)特性也即就是巖石塑性理論中討論的巖石的彈塑性耦合效應(yīng)與關(guān)聯(lián)、非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則問題。這兩個(gè)特性從本質(zhì)上看就是巖石損傷的實(shí)質(zhì)性表現(xiàn),若從損傷力學(xué)角度研究巖石材料的這兩個(gè)特殊性質(zhì),可能更為方便,也更能揭示問題的本質(zhì)特性循環(huán)加載下巖石的全應(yīng)力——應(yīng)變曲線(2)單軸循環(huán)加載下巖石的全應(yīng)力—應(yīng)變曲線7(3)三軸受力狀態(tài)下巖石全應(yīng)力應(yīng)變曲線典型的3軸受力狀態(tài)下巖石材料全應(yīng)力應(yīng)變曲線主要特征是①不同的受力狀態(tài)下表現(xiàn)出不同的變形和破壞特性②在較低的圍壓作用下表現(xiàn)為塑性應(yīng)變軟化特性,而在較高圍壓下表現(xiàn)出應(yīng)變硬化特性,理想塑性只是在一定受力狀態(tài)下,變形達(dá)到某一限度后的特殊情況。塑性的體積變形與巖石的應(yīng)變軟化和硬化是相互對(duì)應(yīng)的。應(yīng)變軟化時(shí)表現(xiàn)出明顯的體積膨脹,而硬化狀態(tài)后表現(xiàn)出體積壓縮。上述特點(diǎn)表明巖石材料除了初始損傷特性外,其損傷擴(kuò)展特性與其受力狀態(tài)密切相關(guān)通過以上巖石材料單軸、3軸的宏觀力學(xué)試驗(yàn)特性可以看出,巖石材料是一種典型的損傷介質(zhì),從損傷力學(xué)角度出發(fā),會(huì)更方便地揭示問題的本質(zhì)1625(3)三軸受力狀態(tài)下巖石全應(yīng)力應(yīng)變曲線822巖體損傷及層次分析巖體是巖石材料的集合體,并且由于巖體材料是一種經(jīng)歷了漫長成巖歷史,并賦存于一定地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體,它不可能是完整的各向同性體,內(nèi)部總是存在著各種缺陷,如節(jié)理、裂隙、甚至斷層等。巖體的穩(wěn)定性對(duì)這種缺陷的存在是比較敏感的工程地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為,巖體的穩(wěn)定性在很大程度上取決于其內(nèi)部的節(jié)理、裂隙和斷層。巖體內(nèi)的缺陷具有從微觀到細(xì)觀到宏觀的各種尺度。對(duì)于具有宏觀缺陷的巖體,特別是節(jié)理巖體,已有較長的研究歷史。目前,節(jié)理巖體的力學(xué)性質(zhì)的研究大致有兩種方法。一是把節(jié)理巖體視為不連續(xù)介質(zhì),把節(jié)理巖體看成是由地質(zhì)結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體所組成,分別研究巖石和節(jié)理面的力學(xué)性質(zhì)及巖石和節(jié)理共同作用時(shí)的耦合原理。它適用于結(jié)構(gòu)面發(fā)育,成組性好或只包含有少量節(jié)理或斷層的節(jié)理巖體。離散單元法論(Shigenghua1977),DDA(Shi1985)和剛彈性法(以井忠彥,1981)是這種方法的代表。離散單元法是一種動(dòng)態(tài)分析方法,它考慮塊體受力后的運(yùn)動(dòng)以及由此導(dǎo)致的受力狀態(tài)和系統(tǒng)隨時(shí)間的變化。塊體理論實(shí)質(zhì)上是種幾何分析方法,根據(jù)節(jié)理的傾向,傾角等勘測資料找出那些具備滑動(dòng)可能的關(guān)鍵塊DDA方法是塊體理論的擴(kuò)充,它克服了單純幾何分析的不足,能夠考慮結(jié)構(gòu)體的變形和應(yīng)力。這幾種方法對(duì)于完全被節(jié)理、裂隙切割成塊的巖體是有效的,而大多數(shù)節(jié)理裂隙是非貫通的,從而大大降低了不連續(xù)巖體力學(xué)方法在節(jié)理巖體中的適用性。22巖體損傷及層次分析9研究節(jié)理巖體的另一方法是把節(jié)理巖體視為宏觀上的連續(xù)整體,由此建立節(jié)理巖體的等效本構(gòu)關(guān)系。這種方法的代表有當(dāng)量體法、斷裂力學(xué)方法和損傷力學(xué)方法。當(dāng)量體法把巖體看成是由結(jié)構(gòu)體和節(jié)理面組成,根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)體和節(jié)理面的變形疊加來推求巖體的等效本構(gòu)關(guān)系。SalamonM.D.G(1968)、Horrih(1983)、CaiM.(1993)等人從彈性和彈塑性等效原理出發(fā)系統(tǒng)地研究了節(jié)理巖體的力學(xué)變形性質(zhì)。斷裂力學(xué)方法把巖體看成是眾多裂紋的復(fù)合結(jié)構(gòu)體。這種方法多限于研究宏觀裂紋,由裂紋前緣的應(yīng)力和位移根據(jù)斷裂因子判斷裂紋斷裂的擴(kuò)展及其開裂方向,從而揭示巖體的破壞機(jī)制。但這種方法僅于有限的宏觀裂紋,取得的進(jìn)展緩慢。損傷力學(xué)方法是把巖體內(nèi)的節(jié)理看作是內(nèi)部的初始損傷,作為一種“劣化因素”結(jié)合于彈性、塑性等巖體介質(zhì)中去損傷力學(xué)的發(fā)展大大地?cái)U(kuò)展了其在巖體力學(xué)中的應(yīng)用范圍,因?yàn)閹r體中的各類缺陷都可認(rèn)為是其損傷的實(shí)質(zhì)表現(xiàn),并可歸結(jié)為下面三種類型層次◆(1)奇異奇異損傷主要是指在巖體工程范圍內(nèi)所含有的一條或若干條較大的斷裂帶,且內(nèi)部常有充填物。對(duì)于這類工程巖體,雖然斷裂帶數(shù)目較少,但其力學(xué)性質(zhì)和沒有斷裂帶部位的巖體相比差異較為明顯,所以斷裂帶的力學(xué)性質(zhì),對(duì)工程巖體具有決定性的作用,應(yīng)重點(diǎn)分析。著名的Goodman單元,界面接觸單元(COJB)等都是這方面的代表性方法研究節(jié)理巖體的另一方法是把節(jié)理巖體視為宏觀上的連續(xù)整體,由此10超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件11超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件12超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件13超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件14超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件15超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件16超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件17超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件18超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件19超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件20超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件21超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件22超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件23超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件24超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件25超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件26超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件27超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件28超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件29超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件30超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件31超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件32超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件33超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件34超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件35超經(jīng)典損傷力學(xué)講義課件36第2章巖體損傷力學(xué)2.1巖石材料的損傷及損傷現(xiàn)象損傷”泛指材料內(nèi)部的一種劣化因素,與所涉及的材料和工作環(huán)境密切相關(guān)。巖石材料本身就是一種天然損傷材料。把損傷力學(xué)應(yīng)用于巖石材料最早是由Dougill(1976)引入的。Dragon(1979)根據(jù)斷裂面的概念研究巖石的脆塑性損傷行為,建立了相應(yīng)的連續(xù)介質(zhì)模型;Krajcinovic(1981)使用熱力學(xué)和空穴運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)巖石類脆性材料的本構(gòu)方程進(jìn)行了較為全面的研究。隨著巖石材料試驗(yàn)手段的發(fā)展,許多學(xué)者通過巖石材料試驗(yàn)現(xiàn)象和分析結(jié)果來研究巖石材料的損傷特征。Krajcinovic、DragonCostin、Kachanov、Lemaitre、Chaboche等著名的損傷力學(xué)專家都曾提到了巖石材料損傷的特點(diǎn)和重要性,同時(shí)又從巖石材料本身的組構(gòu)特征出發(fā)探討其損傷機(jī)理,建立相應(yīng)的模型和理論,從而使巖石損傷力學(xué)研究一步豐富和完善。第2章巖體損傷力學(xué)37.巖石材料損傷的微細(xì)觀表現(xiàn)般巖石材料的組織結(jié)構(gòu)為體+晶間質(zhì)微層理(沉積造成)巖石組織泥質(zhì)+孔隙(水)+微裂紋」微節(jié)理(受力造成頓粒+膠結(jié)質(zhì)鈣質(zhì)微劈理(造巖造成)硅質(zhì)Spun和Brace(1974)詳細(xì)研究了不同巖石中的自然孔隙和微裂紋,注意到孔隙率可由兩種方式定義,即總的和表觀的。表觀孔隙率是相連于巖石外表面的孔隙和微裂紋互相連通的體積的量度;總的孔隙率是所有孔隙和微裂紋所占體積的量度,它既包含與外表面相連的孔隙和微裂紋,也包含與外表面不相連的孔隙和微裂紋巖石中自然存在的孔隙和微裂紋的形狀和尺寸如下圖所示.巖石材料損傷的微細(xì)觀表現(xiàn)38巖石中的自然微孔隙孔隙類型形狀接近尺寸(mm)氣孔(泡)狀球形100~10000孔穴球形10~2000LARC-晶界上長和薄,縱橫比<101F0寬度)裂紋或孔隙HARC一晶內(nèi)等分的,>10104-7(寬度)注:LARC—低縱橫比孔隙;HARC高縱橫比孔隙巖石中的自然微孔隙39結(jié)晶巖石中的自然孔隙率孔隙率巖石裂紋(%)晶粒盡寸最大LARC表觀的總的輝綠巖Diabase00.1輝長石(Gabbro00.20.2180Raymond花同巖0.220.40.620000180Katahdin花崗巖(I)00702000260Katahdin花崗巖(Ⅱ)0.460.83000600西部花崗巖0.2007750100Chelmsford0160.9L.01500150花崗閃長巖Granodiorite029082000360結(jié)晶巖石中的自然孔隙率40掃描電鏡技術(shù)也充分證明了巖石是一種自然損傷材料,其自然損傷大致有下面幾種(1)孔隙在沉積巖中最為常見,在顆粒支撐、接觸式膠結(jié)物連接或顆粒連接等膠結(jié)類的碎屑巖(如砂巖)中,孔隙的體積含量相當(dāng)高。砂巖孔隙的類型主要是粒間孔隙,分布比較均勻,孔隙的大小與沉積顆粒的尺寸和分選性有關(guān),形態(tài)取決于顆粒形態(tài)和顆粒粒徑的級(jí)配。石灰?guī)r中的孔隙含量低于砂巖,形態(tài)還與膠結(jié)物有關(guān)?？紫妒且环N典型的三維細(xì)觀損傷(2)顆粒邊界及界面裂紋沉積巖中,顆粒與顆粒之間或顆粒與各種膠結(jié)物之間的結(jié)合一般都比較薄弱;或者結(jié)晶質(zhì)巖漿巖中礦物顆粒之間或者結(jié)晶界面,以及變質(zhì)巖中重結(jié)晶礦物之間的結(jié)合相對(duì)較弱。所以巖石中的顆粒邊界成為重要的初始細(xì)觀損傷。在顆粒邊界常形成界面裂紋、或者結(jié)晶界面裂紋的細(xì)觀損傷的形狀受碎屑顆粒、礦物顆?；蛘呔w顆粒的外形所控制。(3)微裂紋實(shí)質(zhì)上是細(xì)觀裂紋,既可以在成巖過程中形成,也可以在后期改造過程中產(chǎn)生,比如花崗巖中由于結(jié)晶作用及構(gòu)造應(yīng)力作用所形成的大量微裂紋(包括晶體界面裂紋)、大理巖中原巖殘留的微裂紋和重結(jié)晶作用產(chǎn)生的裂紋;沉積巖中基質(zhì)裂紋及顆粒原有微型裂紋等(4)解理面方解石解理面是大理巖重要的細(xì)觀損傷。(5)微層理、劈理面、軟弱包含物等。掃描電鏡技術(shù)也充分證明了巖石是一種自然損傷材料,其自然損傷大412.巖石損傷的宏觀力學(xué)表現(xiàn)(1)單軸壓縮全應(yīng)力一應(yīng)變曲線巖石材料承受壓縮荷載情況下變形與強(qiáng)度特性表現(xiàn)出明顯的四個(gè)變形階第一階段:即oa段,表現(xiàn)出明顯的上凹形狀,這主要是由于巖石內(nèi)的微裂紋孔隙、空洞的閉合效應(yīng)引起,而這種微裂紋、孔隙和空洞就是巖石材料初始損傷的實(shí)第二階段:即ab段,應(yīng)力與應(yīng)變近似的成正比,巖石材料的剛度為常數(shù)。原始損傷閉合使其達(dá)到一個(gè)較穩(wěn)定的階段。第三階段:即bc段,應(yīng)力、應(yīng)變曲線表現(xiàn)出下凹形狀,由于巖石材料的強(qiáng)度超過了其屈服極限,內(nèi)部又產(chǎn)生了新的微裂隙和損傷,使得體積明顯膨脹和增大,這階段是巖石損傷擴(kuò)展的最初表現(xiàn)。一直到達(dá)到強(qiáng)度極限的峰值第四階段:即cd段,一般也稱作應(yīng)變軟化階段。當(dāng)超過了巖石峰值極限后,應(yīng)力隨著變形的繼續(xù)增大而降低,巖石內(nèi)的損傷裂隙急劇擴(kuò)展,體積明顯增大,一直到點(diǎn)直至斷裂破壞,這一階段是巖石材料損傷擴(kuò)展的實(shí)質(zhì)性表現(xiàn)。巖石玉縮全應(yīng)力應(yīng)變曲線2.巖石損傷的宏觀力學(xué)表現(xiàn)42(2)單軸循環(huán)加載下巖石的全應(yīng)力—應(yīng)變曲線單軸循加載條件下巖石全應(yīng)力一—應(yīng)變曲線表現(xiàn)出下面幾個(gè)特性:①從總體輪廓上看循環(huán)加載與單調(diào)加載的全應(yīng)力一應(yīng)變曲線有著極為相似的特點(diǎn),即初始的損傷裂隙閉合與后期的應(yīng)變軟化階段②卸載彈性模量與加載彈性模量不同,即就是在卸載曲線和加載曲線中成了一個(gè)“滯叵③隨著加卸載循環(huán)次數(shù)的增加,其加載彈性模量、卸載彈性模量和前·級(jí)相比較逐漸減小其實(shí)②、③兩個(gè)特性也即就是巖石塑性理論中討論的巖石的彈塑性耦合效應(yīng)與關(guān)聯(lián)、非關(guān)聯(lián)流動(dòng)法則問題。這兩個(gè)特性從本質(zhì)上看就是巖石損傷的實(shí)質(zhì)性表現(xiàn),若從損傷力學(xué)角度研究巖石材料的這兩個(gè)特殊性質(zhì),可能更為方便,也更能揭示問題的本質(zhì)特性循環(huán)加載下巖石的全應(yīng)力——應(yīng)變曲線(2)單軸循環(huán)加載下巖石的全應(yīng)力—應(yīng)變曲線43(3)三軸受力狀態(tài)下巖石全應(yīng)力應(yīng)變曲線典型的3軸受力狀態(tài)下巖石材料全應(yīng)力應(yīng)變曲線主要特征是①不同的受力狀態(tài)下表現(xiàn)出不同的變形和破壞特性②在較低的圍壓作用下表現(xiàn)為塑性應(yīng)變軟化特性,而在較高圍壓下表現(xiàn)出應(yīng)變硬化特性,理想塑性只是在一定受力狀態(tài)下,變形達(dá)到某一限度后的特殊情況。塑性的體積變形與巖石的應(yīng)變軟化和硬化是相互對(duì)應(yīng)的。應(yīng)變軟化時(shí)表現(xiàn)出明顯的體積膨脹,而硬化狀態(tài)后表現(xiàn)出體積壓縮。上述特點(diǎn)表明巖石材料除了初始損傷特性外,其損傷擴(kuò)展特性與其受力狀態(tài)密切相關(guān)通過以上巖石材料單軸、3軸的宏觀力學(xué)試驗(yàn)特性可以看出,巖石材料是一種典型的損傷介質(zhì),從損傷力學(xué)角度出發(fā),會(huì)更方便地揭示問題的本質(zhì)1625(3)三軸受力狀態(tài)下巖石全應(yīng)力應(yīng)變曲線4422巖體損傷及層次分析巖體是巖石材料的集合體,并且由于巖體材料是一種經(jīng)歷了漫長成巖歷史,并賦存于一定地質(zhì)環(huán)境中的地質(zhì)體,它不可能是完整的各向同性體,內(nèi)部總是存在著各種缺陷,如節(jié)理、裂隙、甚至斷層等。巖體的穩(wěn)定性對(duì)這種缺陷的存在是比較敏感的工程地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為,巖體的穩(wěn)定性在很大程度上取決于其內(nèi)部的節(jié)理、裂隙和斷層。巖體內(nèi)的缺陷具有從微觀到細(xì)觀到宏觀的各種尺度。對(duì)于具有宏觀缺陷的巖體,特別是節(jié)理巖體,已有較長的研究歷史。目前,節(jié)理巖體的力學(xué)性質(zhì)的研究大致有兩種方法。一是把節(jié)理巖體視為不連續(xù)介質(zhì),把節(jié)理巖體看成是由地質(zhì)結(jié)構(gòu)面和結(jié)構(gòu)體所組成,分別研究巖石和節(jié)理面的力學(xué)性質(zhì)及巖石和節(jié)理共同作用時(shí)的耦合原理。它適用于結(jié)構(gòu)面發(fā)育,成組性好或只包含有少量節(jié)理或斷層的節(jié)理巖體。離散單元法論(Shigenghua1977),DDA(Shi1985)和剛彈性法(以井忠彥,1981)是這種方法的代表。離散單元法是一種動(dòng)態(tài)分析方法,它考慮塊體受力后的運(yùn)動(dòng)以及由此導(dǎo)致的受力狀態(tài)和系統(tǒng)隨時(shí)間的變化。塊體理論實(shí)質(zhì)上是種幾何分析方法,根據(jù)節(jié)理的傾向,傾角等勘測資料找出那些具備滑動(dòng)可能的關(guān)鍵塊DDA方法是塊體理論的擴(kuò)充,它克服了單純幾何分析的不足,能夠考慮結(jié)構(gòu)體的變形和應(yīng)力。這幾種方法對(duì)于完全被節(jié)理、裂隙切割成塊的巖體是有效的,而大多數(shù)節(jié)理裂隙是非貫通的,從而大大降低了不連續(xù)巖體力學(xué)方法在節(jié)理巖體中的適用性。22巖體損傷及層次分析45研究節(jié)理巖體的另一方法是把節(jié)理巖體視為宏觀上的連續(xù)整體,由此建立節(jié)理巖體的等效本構(gòu)關(guān)系。這種方法的代表有當(dāng)量體法、斷裂力學(xué)方法和損傷力學(xué)方法。當(dāng)量體法把巖體看成是由結(jié)構(gòu)體和節(jié)理面組成,根據(jù)巖石結(jié)構(gòu)體和節(jié)理面的變形疊加來推求巖體的等效本構(gòu)關(guān)系。Sal