考虑孔隙压密的岩石非线性变形行为计算分析

• 作者: 刘洪磊 徐涛 朱万成 王青元 贾建功
• 来源期刊: 中国科学（技术科学）
• 关键词: 孔隙率 应力应变关系 非线性 压密因子 数值模拟
• 年，卷（期）: 2018,（5）
• 所属期刊栏目: 论文
• 页码范围: 565-574
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.1360/N092017-00122

摘要

含孔隙裂隙岩石的非线性变形对分析岩体工程中的力学响应和安全评价具有重要意义. 需要考虑岩石的孔隙性建立能够反映岩石变形非线性特性的本构模型. 本文首先分析了岩石非线性变形的力学机理, 将岩石的全应力应变曲线分成两段. 然后对两段分别建立本构关系: 在压密闭合阶段, 提出压密因子的概念, 以表征孔隙率变化对岩石变形特性的影响;除压密闭合阶段外的另一阶段, 基于损伤理论, 采用岩石细观单元本构模型来描述, 以最大拉应变准则和摩尔-库仑准则作为损伤判断准则. 借助有限元分析软件COMSOL Multiphysics, 通过MATLAB编程实现对该模型的数值求解. 为验证模型的正确性, 将数值模拟得到的结果与试验数据进行对比. 最后, 对6种孔隙率不同但岩石基质相同的岩石进行了单轴压缩破坏过程数值模拟. 研究结果表明: 运用提出的压密因子所建立的本构模型可以很好地模拟岩石的压密闭合阶段的非线性, 对同种岩石孔隙率越大单轴抗压强度越小, 随孔隙被压密弹性模量越来越大.