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《工程岩石类介质弹塑性本构关系》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、年月力学学报第期工程岩石类介质的弹塑性本构关系王仁殷有泉北京大学、,本文所讨论的岩石类介质是指岩石土等地质材料以及混凝土一类的工程材料而不讨论与地质构造运动有关的那些处在地壳深部以至地慢中的岩石,在工程条件下岩石一般表现为脆性的,它只能承受很小的应变就行破坏随着围压和温度的增加,它能承,,、受的应变量逐渐增大在宏观上表现出塑性的性质而且蠕变松弛等与时间因素有关的,现象逐渐表现得明显那时需将岩石介质看成粘弹塑性介质处理岩石类介质的显著特点是在肉眼可见的尺度内,然而就呈现不均一性和不连续性,,在采矿和地表工程的力学分析中仍把这
2、些材料看作是连续介质那就是说我们是在更大的尺度范围内来考虑各种力学量的统计平均值在很广泛的各类工程计算中,岩石类材料可以相当合理地用弹塑性模型描述然而岩石类材料的变形机制和金属材料的有很大,,不同直接应用传统的弹塑性理论中的本构关系是不够的需要修订其中的一些基本概念,中做过系统的介绍,金属类材料的弹塑性本构关系曾在〔本文主要总结和评述、、、岩石类介质在工程条件下常温低围压小应率忽略时间因素的弹塑性本构关系的主,以及目前在有限单元分析中使用它们的一些情况要结果一般情形,岩石类介质在应力超过一定限度弹性极限或称屈服应力后,其变形
3、也是,,有一部分为可恢复的另一部分为不可恢复的前者又称可逆的是弹性变形后者又称不可逆的是塑性变形我们将不考虑时间效应,那么这些变形是与时间无关的要强调说明,这些变形应在宏观意义下去理解例如,塑性变形中不仅包括晶粒内和晶界的滑移和断裂所造成的不可逆变形,还包括与微观尺度的不均一性和不连续性引起的残余应力对应的那部分未恢复的弹性变形〔这些变形和材料的内部结构变化有关,一般与变难的历史有关由于这种历史相关性,然而由于数学上简单,本构关系应以增量形式表达人们广泛地使用塑性全量理论这种理论假设应力全量与应变全量之间存在着一一对应,
4、,关系而不考虑应力和应变变化的历史严格说来这种理论在各应力分量的比值保持不,,变的加载历史称为简单加载下是正确的然而理论和实验研究表明在偏离简单加载一,为简单计,这里也先从全量理论开始个相当大范围内的加载历史下它也适用一、全量理论在传统塑性理论中曾假设体积变化是完全弹性的这对金属在不太高的压力下是成立,,的而对岩石类材料这却明显不符试验表明不仅静水应力可引起岩石的塑性体积变化,因偏量应力也能引起塑性体积变化称为剪涨而对岩石类材料不能使用传统的全本文于年月收到学学报年,一般地将采用如下公式量理论公式‘,
5、。,。,,,。其中分别是六维应力应变矢量是的材料系数矩阵它可以是或的,函数它们通常由三轴压缩试验来确定,,,,对于土体砾石砂浆岩和混凝土等材料通常仍可假设是各向同性的不过应力应变,,关系取非线性形式材料模量和广泛地使用双曲线形式的表达式见中第十章文献,见图由三轴试验可得出杨氏模量和泊松比,为。石万蕊石丁·,一均一乓。,。,,,。和一为应变其中分别是轴向和径向应变趋于无限大时极限的主压。。是初始模量,它们随围压变化,由实验知力差值而和“。一‘拭韶峋一“一影,
6、,,,,,。,犬是实测参数尸为大气压与围压丙的单位相同由于岩土结构中的应力,,和应变与施工程序如导洞开挖的次序堤坝分区填筑的次序等有关故大多数计算采用丙一丙“叭一丙,君亩口‘—气户,一‘。十口比,,渐增载荷法即在每个载荷增量施工阶段的计算中使用全量理论代替的是切线模量目,。里鱼二望’一丑自二』些竺夕互业叮币十币。一竟一。,,。,其中中分别为内聚力和摩擦角,是一丙与峰值强度叭一丙。之比称为破比,坏汉,一内
7、第期王仁等工程岩石类介质的弹塑性本构关系,计算的结果上述双曲线形式的关系式在土体工程的有限元分析中得到广泛的应用北京大学数学系和水电五局在土坝的有限元计算中,用与工程实测资料相当吻合内一‘,。户代替式中的为土的抗拉强度对〔习,以中上述公式进行了修正使它们适用于围压为零和负拉应力的情况图是水电五局提供尸一一户,的压密的重粉质壤土的三轴压缩试验结果其中、叫,兴国上令‘叮,土的干容重为顿米备制土的饱和度为名并在节理岩石的有限单元分析中
8、还广泛使用等人提出的不抗拉材料和层状材料阮刀,·模型它们也可被看做是一种全量关系在凡一汀天。,
