层理灰岩三维损伤本构模型及试验验证

作     者：丁成元 左双英 陈世万 莫云川 

作者机构：贵州大学资源与环境工程学院 贵州大学喀斯特地质资源与环境教育部重点实验室 

出 版 物：《工程力学》 (Engineering Mechanics)

年 卷 期：2025年

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(42167025) 贵州省科学技术基金重点项目(黔科合基础1Z052) 

主　　题：层理灰岩 损伤有效矩阵 三维损伤本构模型 损伤分量 三轴压缩试验 

摘      要：为揭示层理灰岩加载过程的三维损伤演化机理，将Lemaitre等效应变假设与Weibull统计损伤理论相结合，推导损伤有效矩阵，建立三维主损伤分量与主应变分量之间的演化方程，构建三维损伤横观各向同性本构模型；通过不同层理倾角灰岩岩样的三轴压缩试验，计算三维主损伤分量并修正理论计算曲线，验证模型的合理性和准确性，并分析损伤分量各向异性演化规律。研究表明：经损伤有效矩阵修正的横观各向同性弹性矩阵，用于计算不同层理角度灰岩岩样加载过程的理论应力-应变曲线，与试验曲线吻合程度高，理论曲线预测结果较好。岩样峰值强度、弹性模量随层理倾角的增大呈现“V型分布，试样破坏模式由岩块张拉破坏转变为沿层理压剪破坏，再到层理劈裂张拉破坏。不同层理倾角岩样的损伤演化曲线总体相似，随着应变增大呈现出缓慢增加-急剧增长-趋于平稳的趋势。随着层理倾角的增大，三维主损伤分量由第三主损伤分量大于第二主损伤分量转变为第二主损伤分量大于第三主损伤分量，最后基本一致；不同层理倾角岩样损伤演化曲线增长速率不同，其中60°试样的增长速率最快。研究结果揭示了层理灰岩在三轴加载条件下的力学参数各向异性以及非均质损伤演化的过程与机理，可为工程设计与稳定性计算提供理论支持。