基于断裂力学与损伤力学的岩石强度理论研究进展.pdf

1086 自然科学进展 　第 14 卷 　第 10 期 　2004 年 10 月 基于断裂力学与损伤力学的岩石强度理论研究进展 1 ,2 1 1 1 谢和平 　彭瑞东 　周宏伟 　鞠　杨 1. 中国矿业大学北京校区岩石力学与分形研究所, 北京 100083 ; 2. 四川大学, 成都 610065 摘要 　　随着对岩石本质特征认识的不断深入 , 岩石强度理论的研究逐渐由经典强度理论向断裂 强度理论、损伤强度理论发展. 文中对经典岩石强度理论的研究进行了简要回顾 , 总结了基于断 裂力学以及损伤力学分析的岩石强度理论研究进展. 关键词　　岩石 　强度理论 　断裂 　损伤 　细观力学 　　岩石强度理论是一个复杂的科学问题 , 它的目 1 　经典岩石强度理论 的在于给出岩石在复杂应力状态下失稳破坏时岩石 参数与外部荷载及环境因素所满足的条件. 建立一 在古典强度理论的发展过程中 , 唯象的试验研 种科学合理的岩石强度理论 , 对于工程设计、灾害 究是主要手段 , 经验主义主导着研究思路 , 因此古 预防、资源开发等领域具有重要意义. 典强度理论仅适用于简单应力状态. 随着实验测试 早期的岩石强度理论研究属于传统固体力学研 手段和数学分析方法的发展 , 提出了各种广义强度 究范畴 , 沿用了经典连续统力学的研究手段. 由于 理论 , 其目的在于建立复杂应力状态下固体材料屈 岩石是一种特殊的地质材料 , 受地质构造的影响 , 服破坏的临界准则 , 即: 岩石的组织结构极度不均匀 , 孔隙、裂隙、夹杂、 ( σ ε ε , T , K , K , …, K ) ( ) f , , = 0 , 1 节理、断层等大量缺陷充斥其中 , 因而均匀连续假 ij ij ij , t 1 2 n 设与岩石的实际情况并不相符 , 建立在连续统力学 σ ε ε 式中 为应力张量, 为应变张量, 为随时间 基础上的岩石强度理论受到了严重挑战. 随着相关 ij ij ij , t 变化的应变速率张量, T 为环境温度, K 1 , 学科 , 尤其是非线性科学的迅猛发展 , 岩石力学的 研究融合了经典弹塑性力学、断裂力学、损伤力 K2 , …, Kn 为材料常数. 俞茂宏等[1 ,2 ] 对各种强度 学、热力学、物理学、化学、地质学、矿物学、信 理论进行了归纳 , 将其分为三大系列 : 单剪强度理