天然岩石并非完整致密的材料,其中不可避免地会包含许多初始空隙;另外,在达到屈服强度之后,如果应力继续增大,岩石会损伤破坏。这些原因使得岩石的变形性质十分复杂,应力-应变曲线表现出非线性特征,难以直接由经典的弹性力学理论来描述其应力-应变关系。有鉴于此,本文研究的核心内容正是岩石非线性变形全过程应力-应变曲线的模拟方法。通过三轴压缩试验的研究,岩石非线性变形的全过程可分为初始压密段、线性变形段、应变硬化段、应变软化段和残余强度段这5个变形阶段,另外,在线性变形段,某些岩石的弹性模量还会随着三轴试验围压的改变而发生变化。为了建立岩石非线性变形全过程的模拟方法,本文首先对岩石中不同类型空隙的力学性质进行深入分析,在此基础上,探讨岩石变形的力学机理以及变形全过程的特点,由此把岩石抽象为由缺陷和岩石基质两部分组成,并建立出岩石变形与其组成部分变形之间的关系,通过分别探讨缺陷和岩石基质的变形分析方法进而获得岩石变形的分析模型。对于岩石缺陷部分,其压缩变形是不可恢复的永久性变形,且需要有持续增大的应力作用缺陷才会逐渐闭合,可采用瞬时应变的分析方法来获得其变形分析模型。对于岩石基质部分,由于其弹性模量可能会随围压的变化而发生改变,故在建立其变形分析模型之前,首先需要获得岩石基质弹性模量变化的分析方法,考虑到岩石基质体积柔量主要取决于岩石基质中所包含的未闭合裂隙的数量,于是,通过建立岩石基质中未闭合裂隙数与裂隙纵横比之间的关系,并引进裂隙纵横比与岩石基质所承受的压力之间以及体积柔量与弹性模量之间的关系,即可获得岩石基质弹性模量随压力变化的分析方法。在此基础上,引进统计损伤理论,并考虑损伤阈值的影响和残余强度阶段变形特征,即可获得岩石基质部分变形的分析方法。以此为基础,即可建立模拟岩石非线性变形全过程的统计损伤本构模型,并提出了基于岩石三轴压缩试验曲线的模型参数确定方法。本文模型不仅具备现有同类模型的优点,可反映岩石变形全过程中应变硬化段和应变软化段的变形特征,还可反映岩石在低应力水平的非线性变形特征以及线弹性变形阶段弹性模量的变化和峰后残余强度变形阶段的特征。最后,通过本文与现有同类模型理论曲线以及试验曲线的对比分析,表明了本文模型与方法的合理性与优越性。