深部巖體的卸載破壞及其本構模型

王明洋　范鵬賢　李杰

摘要：隨著國民經濟的快速發展，交通、采礦、水利、國防等工程逐步進入深地下空間，帶來了一些具有挑戰性的新的科學問題。本報告研究了深部巖體卸載變形過程和破壞的規律和理論模型，可為深部采礦工程、國防工程提供理論指導。主要內容有： 1. 分析了深部巖體的初始應力狀態，認為深部巖體由于其較高的初始地應力的長期作用，其賦存狀態已經從典型的固體轉變為類似流體的靜水壓力狀態，喪失了進一步抵抗剪切應變的能力。在卸載時，巖體將發生從流變體向典型脆性固體的轉化。分析了高初始應力巖體強卸荷的力學行為和破裂波傳播特點，推導了產生破裂波的臨界初始應力。分析結果表明，只有初始應力大于其臨界值時，才會產生破裂波。此臨界值與巖體的強度，泊松比和斷裂面的耗散能有關。若令斷裂面的耗散能趨近于零，則斷裂波的發生條件與巖體進入全向壓縮狀態的條件一致。 2. 提出了巖石軸壓劈裂和卸載拉伸破壞主要是由于巖石材料的非均勻性及其內部缺陷導致的應力集中引起的，建立了基于應力集中和應力起伏假設的粘性松弛模型，分析了軸向卸載和單軸壓縮劈裂時試樣內部的局部應力狀態，并指對加卸載速率、缺陷尺寸和初始應力對巖石卸載過程中缺陷處的應力集中的影響進行了分析。利用巖石類材料的不同試驗條件和加卸載速率下的加卸載破壞試驗和實地觀測數據對理論分析結果進行了驗證，理論分析結果與試驗現象和觀測統計數據基本吻合。……