基于断裂能的岩土节理弹性.pdf

( ) 　应用数学和力学 ,第 23 卷 第 9 期 2002 年 9 月 应用数学和力学编委会编 　　　　　　　　　　　 　 　　Applied Mathematics and Mechanics 重 庆 出 版 社 出 版 ( ) 文章编号 :1000-0887 2002 09-0975-07 基于断裂能的岩土节理弹性- 软化 塑性本构模型 1 2 沈新普 , 　沈国晓 ( 1 沈阳工业大学建筑工程系 ,沈阳 110023 ; 2 太原重型机械学院 应用科学系 ,太原 030024) (杨桂通推荐) 摘要 : 　基于准脆性材料的断裂力学和塑性理论 ,提出了用于岩土节理软化行为描述的弹性软化 塑性本构模型 ·　模型的主要特点是:1) 节理材料的软化塑性和扩容特性直接与断裂失效过程相联 系 ,所采用的材料参数比已有的弹塑性软化模型所用的参数少 ;2) 模型可以描述混合断裂失效及 相应的摩擦滑动 ,具有较广的适用性 ·　 关 　键 　词 : 　界面裂纹 ; 　类脆性断裂 ; 　节理单元 ; 　扩容 ; 　非关联的塑性 中图分类号: 　O342 　　　文献标识码 : 　A 引　　言 作为处理岩土节理行为间断特性的有效工具 ,几十年来 ,节理单元在岩土工程中得到了广 [1 ] 泛的应用 ·　现有的节理单元模型大多数建立在经典塑性理论的框架内 ,在进行塑性计算时 , ( ) 通常采用 Mohr-Coulomb 条件在应力 或面力 空间中定义弹性域 ,与断裂力学没有关系 ·　近年 [2 ] ( ) 来 ,作为粘性裂纹模型 也被称为‘内聚力裂纹’的延伸 ,若干研究者提出了各自的基于断裂 力学的新型节理单元模型 ·　这类新型节理单元的特点首先是,作为一种特殊局部结构的节理 的力学行为被当作材料问题处理;第二 ,在节理的破坏失效分析中考虑了节理界面上的磨损和 相应的扩容现象 ;第三 ,节理的混合型开裂被当作沿节理法向的张开和沿切向的摩擦滑动的耦 合过程 ,从而使问题能在经曲塑性的框架内予以解决 ·　这些节理单元的材料本构一般采用线 [3 ][4 ] [4 ] 性软件的本构律来表述界面材料强度的劣化行为 ·　但是由于其它方面的非线性关系 , 使得上述节理单元模型必须采用较多的模型参数 ·　 本研究的目的是结合岩土材料的类脆性断裂机制 ,在特定的简化假设的基础上 ,建立起节 理材料的弹塑性软化本构模型 ·　为此,本文首先采用形变塑性理论给出基于断裂能的分段线 性弹性软件塑性本构模型[5 ] ,在此基础上 ,进一步给出其增量型的理论描述 ·　文末给出了相应 的本构水平上的数值实验结果 ,说明了模型的特性 ·　在分析过程中,采用了矢量形式的面力和 位移变量 ,而不是张量形式的应力应变 ·　 收稿日期 : 　2001-08-13 ; 修订日