岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (7): 2179-2188.doi: 10.16285/j.rsm.2019.1673

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于统计强度理论的破裂岩体本构模型研究

高玮1, 2，胡承杰1, 2，贺天阳1, 2，陈新1, 2，周聪1, 2，崔爽1, 2   

  1. 1. 河海大学 土木与交通学院，江苏 南京 210098；2. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室，江苏 南京 210098
  • 收稿日期:2019-09-27 修回日期:2019-12-30 出版日期:2020-07-10 发布日期:2020-09-10
  • 作者简介:高玮，男，1971年生，博士，教授，主要从事岩石力学理论、岩土工程稳定分析及智能大数据技术的工程应用等研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金重点项目（No.41831278）；教育部中央高校科研业务费项目（No.2016B10214）

Study on constitutive model of fractured rock mass based on statistical strength theory

GAO Wei1, 2, HU Cheng-jie1, 2, HE Tian-yang1, 2, CHEN Xin1, 2, ZHOU Cong1, 2, CUI Shuang1, 2   

  1. 1. College of Civil and Transportation Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China 2. Key Laboratory of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China
  • Received:2019-09-27 Revised:2019-12-30 Online:2020-07-10 Published:2020-09-10
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41831278) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities (2016B10214).

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摘要： 借助损伤力学思想，基于统计强度理论，提出一种适用于深部工程破裂区破裂岩体的本构模型建立方法，并通过室内试验和数值试验进行了验证。将破裂岩体划分为无数微元立方体，微元立方体的强度与岩石破裂程度有关，且各立方体强度随机分布，故可用强度反映破裂岩体的破裂程度，据此提出一种破裂岩体本构模型建立方法。其中，根据岩石破裂面间的摩擦力做功等于材料破裂后释放的应变能，得到从力学角度定义的岩石破裂程度变量；另外，假定微元立方体强度分布服从Weibull分布，应力水平满足Hoek-Brown准则。利用泥质砂岩破裂岩体典型三轴试验结果，建立泥质砂岩破裂岩体本构模型，并进行了验证，结果表明模型计算曲线与试验曲线吻合度较好。利用离散元软件PFC进行了补充数值试验验证研究，证明了泥质砂岩破裂岩体理论模型的良好计算效果，进而证明提出的本构模型建立方法的可行性。

关键词: 破裂岩体, 本构模型, 统计强度理论, Hoek-Brown准则, Weibull分布, 泥质砂岩

Abstract: With the aid of damage mechanics and on the basis of statistical strength theory, a method for establishing the constitutive model of deep fractured rock mass is proposed and verified by laboratory and numerical tests. The fractured rock mass is divided into numerous micro-cubes. The strength of micro-cubes is related to the fracture degree and the strength of each micro-cube is randomly distributed. Thus the strength can be used to reflect the fracture degree of the rock mass. Among them, based on the fact that the work done by friction between fracture surfaces is equal to the strain energy released after the material fracture, the rock fracture degree variable defined from the mechanical point of view is obtained. In addition, it is assumed that the strength distribution of micro-cubes obeys the Weibull distribution and the stress behavior satisfies Hoek-Brown criterion. The constitutive model of fractured argillaceous sandstone rock mass is then established and verified based on typical triaxial test results of fractured rock samples. The results show that the calculated curve from theoretical model is in good agreement with the test results. At last, a supplementary numerical test is carried out using discrete element software PFC, which further proves the good calculation performance of theoretical model for argillaceous sandstone and the feasibility of the constitutive model establishing method proposed in this paper.

Key words: fractured rock mass, constitutive model, statistical strength theory, Hoek-Brown criterion, Weibull distribution, argillaceous sandstone

中图分类号: TU 452
[1] 侯克鹏, 江帆, 张超, 龚晶汉, . 土石混合体−基岩接触面剪切的基覆面形态效应[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 271-284.
[2] 赵凯, 马洪岭, 施锡林, 李银平, 杨春和, . 基于蠕变疲劳本构模型的压气蓄能盐穴长期稳定性评估[J]. 岩土力学, 2025, 46(S1): 1-12.
[3] 蔡玉娟, 蔡静森, 任少文, 刘锴, 陈劲, 李漪, . 岩溶区非均质岩组岩体力学参数快速估计方法研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2749-2762.
[4] 屈俊童, 时启壮, 郭颖杰, 张 翔, 刘 熠, 蒋德阳. 冻融循环作用下冰碛土力学特性及损伤机制研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(9): 2859-2872.
[5] 杨爱武, 程姝晓, 梁振振, 华谦谦, 杨少朋. 高含水率吹填土大变形固结与流变叠加效应研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(7): 1977-1987.
[6] 都海龙, 金爱兵, 秦文静, 商瑞豪, 王传江, 马赛, . 单轴压缩下水泥注浆煤岩力学性能及损伤特征研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(5): 1521-1533.
[7] 武孝天, 姚仰平, 魏然, 崔文杰. 基于统一硬化模型的隧道施工引发土体变形数值模拟[J]. 岩土力学, 2025, 46(3): 1013-1024.
[8] 王桂林, 王力, 王润秋, 任甲山, . 干湿循环后贯通型锯齿状红砂岩节理面剪切本构模型[J]. 岩土力学, 2025, 46(3): 706-720.
[9] 张春顺, 林正鸿, 杨典森, 陈嘉瑞, . 考虑初始级配影响的粗粒土非线性弹性模型研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(3): 750-760.
[10] 耿潇威, 陈成, 孙中华, 黎伟, 王勇, 徐梦冰, 余颂, . 基于广义位势理论的考虑组构各向异性的砂土本构模型[J]. 岩土力学, 2025, 46(10): 3175-3186.
[11] 杨科, 于祥, 何祥, 侯永强, 张连富, . 不同含水状态矸石胶结充填体能量演化与损伤特性研究[J]. 岩土力学, 2025, 46(1): 26-42.
[12] 王番, 郅彬, 刘恩龙, 王小婵, 邓博团, 李金华, 张辉, . 考虑局部胶结破损热力学行为的结构性黄土二元介质本构模型[J]. 岩土力学, 2025, 46(1): 97-109.
[13] 隆能增, 任松, 吴斐, 陈征, 陈国庆, 张平, 张闯, . 酸性干湿循环下泥质砂岩劣化及声发射演化特征识别研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(9): 2653-2668.
[14] 薛阳, 苗发盛, 吴益平, 温韬, 王艳昆, . 土体本构模型参数的不确定性评估研究[J]. 岩土力学, 2024, 45(9): 2797-2807.
[15] 周攀, 李镜培, 李盼盼, 刘耕云, 张超哲, . 基于界面本构模型的砂土中单桩荷载−沉降响应预测方法[J]. 岩土力学, 2024, 45(6): 1686-1698.
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