摘要
岩石作为一种带有缺陷的天然地质材料，具有多组元、非均质、跨尺度的复杂结构，其本构模型及其参数确定一直是岩土工程领域所关心的重要内容。为此，本文基于理论分析与实例验证的方法，综合运用统计损伤理论、连续介质力学理论结合岩石三轴压缩试验，分析了岩石的变形过程及力学特性，在此基础上对岩石的脆性评价方法、强度准则、损伤模型及本构模型进行了深入研究。 首先，在归纳前人研究成果的基础上，总结了现有的基于强度特征、应力-应变曲线、矿物组分、断裂韧度等的脆性指标并对其进行分析，在此基础上综合考量了峰前应力增长速率、幅度及峰后应力-应变关系，提出了基于全应力-应变曲线的岩石脆性特征评价方法，并通过不同岩石单轴压缩和同类岩石三轴压缩试验数据进行了验证，结果表明，该方法不仅可以定性描述不同种类岩石的脆性特性，还可以定量描述同种岩石不同状态下的脆性特征。 其次，分析了围压效应造成的岩石脆-延转化特性，针对Mohr-Coulomb强度准则仅适用于低围压水平下岩石应力特征值的预测，在此基础上引入临界围压的概念，提出了考虑脆-延转化特性的非线性强度准则；在此基础上，针对现有模型不适用于较高应力状态下的岩石变形破坏过程模拟的问题，引入统计损伤理论，基于考虑残余强度特征的损伤模型，建立了能够模拟岩石脆-延转化过程且适用于较大应力变化范围的统计损伤本构模型，给出了模型参数的确定方法，并通过参数分析，揭示了已有统计损伤本构模型无法模拟脆-延转化特性的根本原因在于缺乏能够反映围压水平大区间变化的岩石强度准则以及忽略了应力特征值对模型曲线产生的重要影响；同时验证表明，该模型能够很好地模拟由低围压向高围压变化过程中大理岩三轴压缩变形破坏过程。 最后，针对现有模型难以较好地反映初始损伤特征和峰后变形破坏特征的缺陷与不足，提出了考虑初始损伤的岩石几何损伤模型；此外，根据峰值点法获得的Weibull分布参数m和F0无法较好地模拟峰后变形破坏特征的特点，构建了参数型岩石几何损伤模型，在此基础上建立了应变软化类岩石统计损伤本构模型并进行了修正，给出了模型参数的确定方法，结果表明本文建立的模型能够较好地模拟岩石各阶段性变形特征，尤其是峰后变形破坏特征。
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