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岩石力学研究的核心问题之一是建立岩石本构理论,它是进行岩石力学物理模拟与数值计算分析的基础。它的每一次突破,都带动了岩石力学学科的发展。岩石损伤力学作为岩石力学的分支学科,为岩石材料本构关系的研究提供了一种新的方法和思路。以Lemaitre的应变等效假说为基础的连续损伤力学,可以描述损伤对岩石材料所产生的宏观唯象力学效果。实际的岩石材料在自然界是一种多孔介质,其非弹性特性十分复杂,具有非均质性、各向异性、多裂隙性等特性。现有的模型很难完全反映岩石的这些特性。为了进一步探讨岩石材料本构模型,本文基于连续损伤力学理论,建立了反映岩石各向异性和弹塑性耦合损伤的模型和数值算法。
本文基于热力学框架建立岩石材料的各向异性弹塑性耦合损伤破坏模型,其中重点研究损伤共轭力的数学表达式和屈服准则;通过引入四阶对称损伤张量,建立能反应各主应力方向损伤特性及应力主轴变化的本构模型,描述岩石材料的塑性与损伤耦合演化过程。在数值模拟岩石破坏过程方面,基于提出的理论模型开发模拟岩石材料各向异性弹塑性损伤耦合演化过程的动态显示有限元算法计算程序,编写用户子程序,并嵌入到大型有限元分析程序ABAQUS中。最后利用此程序对岩石材料的单轴压缩实验和等围压三轴实验进行数值模拟,验证了模型的有效性,为进一步探讨岩石损伤破坏的规律和机制提供了基础。