冻融循环下砂岩损伤演化及本构模型

发布时间：2021-08-06 04:54

　　冻融交替对岩石宏观强度产生弱化。基于冻融循环条件下的压缩试验结果,利用损伤力学研究材料强度特征及损伤演化,建立岩土材料的损伤模型。结果表明:随着循环次数的增加,砂岩的力学强度参数均逐渐减小,抗压强度与弹性模量的降低幅度可以达到49.70%、83.40%,意味着冻融循环对材料力学性质损伤显著;定义岩石综合损伤变量,得到损伤演化特征曲线,基于高斯函数变化特征,构建冻融循环条件下材料损伤本构模型,对比分析试验与模型曲线,发现该模型能够较好地描述试验结果。基于高斯函数的损伤模型能较好地反映材料变形行为特征,研究成果可以为类似本构模型的建立提供参考。 

【文章来源】：地质与勘探. 2020,56(04)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

岩石应力-应变曲线

砂岩抗压强度与弹性模量随着循环次数的增加而逐渐降低，指数函数演化关系表明岩石的降低率逐渐减小。这一方面说明冻融循环对砂岩强度造成劣化，并且与循环次数密切相关;另一方面，随着冻融循环次数的增加，对砂岩的影响程度逐渐降低，岩石发生破坏或者达到一定极限状态，从砂岩强度的降低幅度以及强度与循环次数的变化关系，实现了对冻融循环作用下岩石强度弱化特征的定量描述。2 冻融循环作用下岩石损伤特征

根据综合损伤变量表达式，可以得到冻融循环作用下损伤演化曲线，如图3所示。从图3可以看出，随着循环次数的增加，损伤变量逐渐增大，在冻融循环次数变化的初始阶段与后期阶段，岩石损伤幅度逐渐变大。在单轴加载的初期，岩石内部缺陷逐渐闭合，损伤幅度较小，为损伤效应不明显阶段，之后损伤开始慢慢显现，并呈现稳定扩展趋势，最终随着内部裂纹的贯通，损伤变量最终趋于1，岩石最终达到破坏，冻融循环加剧了岩石的破坏速度。冻融循环次数为5次和10次时，砂岩强度损伤演化曲线基本一致，但是相比较于自然状态下砂岩，损伤程度明显提高，当循环次数大于20次时，损伤程度随着循环次数的增加逐渐加深。3 冻融循环作用下岩石损伤本构模型

【参考文献】：
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本文编号：3325108