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高地应力下硬岩本构模型的研究与应用

随着深部工程的不断发展，高地应力已经成为影响施工的一个重要

因素。而在岩石压力较高的情况下，硬岩的变形性能也需要得到充分的

研究。本文将就高地应力下硬岩本构模型的研究和应用进行探讨

一、高地应力下硬岩本构模型研究

岩石的力学性质是与它的成分、组构和结构密切相关的。研究高地

应力下硬岩的本构模型，必须先要了解硬岩的力学性质。硬岩具有较高

的强度和刚度，但弹性模量随深度增加而增加。硬岩在弹性阶段的变形

受到岩石的张性和剪切性共同作用，但在岩石强度超过极限后，就会产

生塑性变形。因此，硬岩的本构模型是了解其变形性质的基础

在岩石力学的实验室研究中，硬岩本构模型主要分为两类：弹性塑

性模型和弹塑性模型。其中弹性塑性模型是从应力应变曲线的理论推导

出来的，可以直观地反映岩石的稳定性和应力分布情况。而弹塑性模型

是根据实验资料确定的，更加准确

目前，广泛使用的硬岩本构模型是Mohr-Coulomb本构模型。该模

型是一种单轴强度理论，认为岩石的破坏只取决于主应力的大小，不考

虑剪切应力的方向。因此，在使用此模型时需要注意，仅适用于没有明

显的构造渐变、微裂隙等现象的岩石中，并且在实际工程中很难完全符

合这种均匀的情况

针对高地应力的特点，研究者考虑应力路径的偏移对模型的影响

随着应力路径的变化，岩石的本构模型也需要相应改变。因此，一些新

型的本构模型分别用于描述高地应力下的单轴压缩、三轴压缩和双轴剪

切等情况

二、高地应力下硬岩本构模型应用

高地应力下硬岩本构模型广泛应用于地下开发和矿山工程中。例如，

地下储气库、核废料库、工业废物库、地下通道和采空区等工程，都需

要考虑高地应力对工程稳定性的影响。此外，高地应力下硬岩本构模型

还可应用于页岩气、煤层气和油页岩等难开采资源的性质研究

在应用过程中，需要结合实际情况来选择合适的本构模型。根据工

程实际需要，需要考虑岩石的实际性质、深度、温度、存在的微裂隙和

断裂等情况，来进行模型选择。例如，在深部弱酸性岩石中，使用

Barton-Bandis本构模型可以更准确地反映岩石的性质

总之，高地应力下硬岩本构模型的研究和应用对于深部工程的稳定

性和岩石性质的了解有着重要的作用。我们相信，在未来的研究中，随

着科技的不断发展和数据的不断积累，更加准确、全面的本构模型将得

到更广泛的应用和推广