了得網建築_裂隙岩體地下工程穩定性分析理論與工程應用

內容簡介

《裂隙岩體地下工程穩定性分析理論與工程應用》結合我國水利水電、交通、礦山等地下工程建設中基礎理論與工程技術的難點，用實驗室試驗、現場試驗、現場監測、數值仿真與反饋分析等方法對裂隙岩體力學特性、本構模型、反演方法及錨固可靠性等方面進行論述，研究工程岩體宏觀力學與滲透參數的取值方法、復雜本構模型以及多場耦合參數反演、流變岩體錨固機理及地下工程的支護可靠度；介紹了岩土介質在復雜溫度-滲流-應力耦合條件下的試驗技術及儀器設備。《裂隙岩體地下工程穩定性分析理論與工程應用》還介紹了研究成果在國內重大水利水電、交通、礦山等地下工程中的應用。

《裂隙岩體地下工程穩定性分析理論與工程應用》理論分析與工程應用緊密結合，所提出的理論研究成果在工程中得到了應用和驗證，具有廣泛的工程應用價值。《裂隙岩體地下工程穩定性分析理論與工程應用》研究領域為岩土及地下工程，可供水利、礦山、土木、交通等專業的科技人員和相關專業的高等院校師生參考。

《岩石力學與工程研究著作叢書》序
《岩石力學與工程研究著作叢書》編者的話
前言
章緒論
1.1 裂隙岩體地下工程穩定性分析研究現狀
1.2 研究內容與研究方法
參考文獻
第二章工程岩體裂隙擴展機理研究
2.1 引言
2.2 非飽和岩石微裂隙擴展機制研究
2.3 三維預制裂紋岩石擴展機理研究
2.4 雁形裂紋擴展的斷裂機制與模型試驗
2.5 裂隙岩體岩橋擴展機制研究
2.6 裂紋動態擴模擬方法《岩石力學與工程研究著作叢書》序
《岩石力學與工程研究著作叢書》編者的話
前言
章緒論
1.1 裂隙岩體地下工程穩定性分析研究現狀
1.2 研究內容與研究方法
參考文獻
第二章工程岩體裂隙擴展機理研究
2.1 引言
2.2 非飽和岩石微裂隙擴展機制研究
2.3 三維預制裂紋岩石擴展機理研究
2.4 雁形裂紋擴展的斷裂機制與模型試驗
2.5 裂隙岩體岩橋擴展機制研究
2.6 裂紋動態擴模擬方法
2.7 本章小結
參考文獻
第三章工程岩體宏觀力學特性及其參數取值研究
3.1 引言
3.2 岩石三軸試驗與力學模型研究
3.3 結構面剪切試驗與力學模型研究
3.4 各向異性彈性體的柔度張量形式及求解
3.5 工程岩體宏觀力學參數的研究方法
3.6 岩體變形模量的尺寸效應和各向異性研究
3.7 岩體抗壓強度尺寸效應和各向異性的研究
3.8 岩體力學強度參數研究
3.9 本章小結
參考文獻
第四章工程岩體宏觀滲透參數取值研究
4.1 引言
4.2 低滲透介質溫度-應力-滲流耦合試驗儀簡介
4.3 岩石滲透率的計算方法
4.4 結構面滲透率的計算方法
4.5 低滲透岩石滲透試驗結果
4.6 岩石結構面氣體滲透試驗結果
4.7 各向異性連續介質的滲透繫數張量形式及求解
4.8 岩體滲透特性尺寸效應及各向異性的研究方法
4.9 岩體滲透特性尺寸效應及各向異性的研究
4.10 本章小結
參考文獻
第五章裂隙岩體損傷斷裂機理及其強度特性
5.1 引言
5.2 多裂隙岩體相互作用機理研究
5.3 岩體裂隙蠕變斷裂機制及其損傷演化方程研究
5.4 斷續節理岩體強度特性研究
5.5 本章小結
參考文獻
第六章裂隙岩體滲流應力耦合特性的研究
6.1 引言
6.2 裂隙岩體損傷滲流應力耦合力學特性研究
6.3 軟岩與水相互作用機理研究
6.4 多孔介質滲流應力耦合理論研究
6.5 軟岩滲流-損傷耦合模型的研究
6.6 泥岩微裂隙損傷自愈合模型研究
6.7 本章小結
參考文獻
第七章岩體非線性流變特性試驗和理論研究
7.1 引言
7.2 軟岩應力-滲流耦合試驗儀研制
7.3 軟岩現場三軸流變試驗
7.4 軟岩滲流應力耦合流變力學模型研究
7.5 裂隙岩體黏彈塑性損傷耦合率本構方程
7.6 岩石能量耗散蠕變損傷模型
7.7 經驗冪函數非線性蠕變損傷模型
7.8 本章小結
參考文獻
第八章地下工程圍岩力學參數反演分析理論
8.1 引言
8.2 基於側壓力繫數的三維初始地應力場反演理論
8.3 地下工程圍岩力學參數反演理論
8.4 岩土介質彈塑性損傷本構模型參數反演分析
8.5 基於損傷滲流耦合模型的工程岩體參數反演分析研究
8.6 本章小結
參考文獻
第九章地下工程錨固時效性及可靠性研究
9.1 引言
9.2 體受力特征研究
9.3 黏彈塑性圍岩體錨固體力學分布特性
9.4 流變岩體錨固界面試驗研究
9.5 錨固界面的接觸力學特性研究
9.6 錨固界面流變本構模型的建立
9.7 接觸本構模型的數值仿真
9.8 地下工程錨固可靠性研究
9.9 本章小結
參考文獻
第十章地下工程穩定性分析理論在大型工程中的應用
10.1 錦屏二級水電站引水隧洞宏觀力學參數研究
10.2 淮南劉莊煤礦深埋軟岩巷道支護設計優化及穩定性研究
10.3 裂隙岩體蠕變損傷力學模型在龍灘急傾斜地下廠房中的應用
10.4 廈門翔安海底隧道應力滲流耦合反演及長期穩定性研究
10.5 大崗山地下廠房地應力反演及錨固時效性、可靠性研究
參考文獻

在線試讀

章緒論
1.1 裂隙岩體地下工程穩定性分析研究現狀
1.1.1 岩石裂隙擴展研究進展及現狀Griffith［1 ，2］在1920 年、1924 年相繼發表的兩篇論文建立了脆性斷裂力學理論的基本框架，之後，國內外學者在斷裂理論和實驗方面進行了廣泛和深入的研究。
1966 年，Brace 等［3］提出二維裂隙滑移開裂模型，認為滑動裂隙端部生成的彎折型張性裂紋是在壓剪型荷載作用下新裂紋生成的主要機制，並根據該模型對岩石破壞前的擴容現像進行了微觀解釋。同時指出，在準靜態方式下，裂隙的進一步擴展要求壓力連續增長以維持這個過程，而次生裂紋初是以突躍的方式出現的。
相反，試件在受拉狀態下，裂紋的增長是不穩定的。該模型對解釋岩石中微裂紋的延性開裂機制是適宜的，但該模型沒有考慮裂隙間的相互作用，因而也隻適用於裂隙密度較小和裂隙擴展前期的情況。
朱維申、陳衛忠等［4～6］通過相似材料模擬試驗的方法研究了雙軸壓縮荷載作用下閉合雁形裂隙的起裂、擴展和岩橋的貫穿機理，得到在雙軸壓縮荷載的作用下，不同方位雁形裂隙的開裂角、起裂荷載、岩橋貫通荷載及臨界失穩荷載等重要的斷裂力學參數。
任偉中等［7～9］通過直剪試驗條件下的模型試驗，研究了不同節理連通率、節理排列方式、正應力條件下同時包含閉合節理和岩橋的剪切面的變形和強度特性及其相應的變化規律，探討了節理、岩橋變形和破壞機理，並建立起表征岩橋初裂強度和不同破壞模式下的貫通強度計算公式。
香港大學黃凱珠等在岩石裂紋擴展方面通過物理實驗和數值模擬，研究雙軸作用下不同幾何分布和不同圍壓的斷續預置三裂紋的萌生、擴展和貫通機制，結果顯示，裂紋貫通模式主要受加載條件與預置裂紋幾何分布的影響，裂紋在雙軸加載條件下有拉、剪、壓和混合貫通等模式［10～20 ］。研究認為，壓裂紋是在側壓下產生的次生裂紋，其貫通受制於兩非共線的重疊裂紋間的距離。
Ayatollahi 等［21］采用PMMA 材料制成包含一個邊裂紋的標準SCB 試樣，進行純Ⅰ 和純Ⅱ 型裂紋的斷裂試驗，試驗發現，對采用NSCB 試樣的斷裂試驗來說，拉應力準則過高估計了斷裂強度，而裂紋擴展路徑則與試驗結果基本一致。章緒論

1.1 裂隙岩體地下工程穩定性分析研究現狀

1.1.1 岩石裂隙擴展研究進展及現狀Griffith［1 ，2］在1920 年、1924 年相繼發表的兩篇論文建立了脆性斷裂力學理論的基本框架，之後，國內外學者在斷裂理論和實驗方面進行了廣泛和深入的研究。

1966 年，Brace 等［3］提出二維裂隙滑移開裂模型，認為滑動裂隙端部生成的彎折型張性裂紋是在壓剪型荷載作用下新裂紋生成的主要機制，並根據該模型對岩石破壞前的擴容現像進行了微觀解釋。同時指出，在準靜態方式下，裂隙的進一步擴展要求壓力連續增長以維持這個過程，而次生裂紋初是以突躍的方式出現的。

相反，試件在受拉狀態下，裂紋的增長是不穩定的。該模型對解釋岩石中微裂紋的延性開裂機制是適宜的，但該模型沒有考慮裂隙間的相互作用，因而也隻適用於裂隙密度較小和裂隙擴展前期的情況。

朱維申、陳衛忠等［4～6］通過相似材料模擬試驗的方法研究了雙軸壓縮荷載作用下閉合雁形裂隙的起裂、擴展和岩橋的貫穿機理，得到在雙軸壓縮荷載的作用下，不同方位雁形裂隙的開裂角、起裂荷載、岩橋貫通荷載及臨界失穩荷載等重要的斷裂力學參數。

任偉中等［7～9］通過直剪試驗條件下的模型試驗，研究了不同節理連通率、節理排列方式、正應力條件下同時包含閉合節理和岩橋的剪切面的變形和強度特性及其相應的變化規律，探討了節理、岩橋變形和破壞機理，並建立起表征岩橋初裂強度和不同破壞模式下的貫通強度計算公式。

香港大學黃凱珠等在岩石裂紋擴展方面通過物理實驗和數值模擬，研究雙軸作用下不同幾何分布和不同圍壓的斷續預置三裂紋的萌生、擴展和貫通機制，結果顯示，裂紋貫通模式主要受加載條件與預置裂紋幾何分布的影響，裂紋在雙軸加載條件下有拉、剪、壓和混合貫通等模式［10～20 ］。研究認為，壓裂紋是在側壓下產生的次生裂紋，其貫通受制於兩非共線的重疊裂紋間的距離。

Ayatollahi 等［21］采用PMMA 材料制成包含一個邊裂紋的標準SCB 試樣，進行純Ⅰ 和純Ⅱ 型裂紋的斷裂試驗，試驗發現，對采用NSCB 試樣的斷裂試驗來說，拉應力準則過高估計了斷裂強度，而裂紋擴展路徑則與試驗結果基本一致。

Al-Shayea 在巴西圓盤試樣上預制線型穿透裂紋，進行了Ⅰ + Ⅱ 復合型加載條件下的裂紋擴展試驗，對裂紋的起裂角和擴展路徑進行了研究和分析［22］。研究認為，當裂紋傾角不大時，拉應力理論可以預測裂紋起裂方向，但當裂紋傾角較大時，由於裂紋面閉合，裂紋擴展路徑並不沿預制裂紋尖端方向，因此此時圓盤試樣已經不再適於斷裂韌度等方面的分析。

Nara 等［23］采用花崗岩試樣開展雙剪試驗，通過不同溫度和蒸汽壓力，得到次生裂紋的擴展能，進而可以得到不同溫度、蒸汽壓力和應力集中繫數下裂紋的擴展速度。

Nara 等［24］還采用安山岩和花崗岩試樣開展雙剪試驗。結果表明，在保持相對濕度恆定的情況下，裂紋擴展速度隨溫度的升高而增加；在保持溫度恆定時，裂紋擴展速度隨相對濕度的升高而迅速增加，通常3～4 倍的相對濕度變化將引起裂紋擴展速度1～4 個數量級的變化。

Park 等［25 ］開展了單軸壓縮下預制裂紋石膏試樣的裂紋擴展試驗。試驗發現，裂紋類端有翼裂紋、共線裂紋和剪切斜裂紋產生，並且閉合裂紋試樣與開裂紋試樣的試驗結果是一致的。

李強等［26］采用熟石膏模型試樣研究發現，翼型裂紋從原裂紋的尖端出發，沿曲線路徑擴展，並逐漸逼近過裂紋中點且平行於主應力方向的一條直線，據此提出雙曲線形式的翼裂紋擴展模型。

在三維裂紋研究方面：Sahouryeh 等［27～30］在方形試樣上預制人工三維裂紋，進行了砂岩、混凝土和樹脂試樣的雙軸壓縮試驗。試驗結果表明，雙軸壓縮荷載加載下裂紋的擴展與單軸壓縮下是不同的。研究認為，單軸壓縮下在裂紋邊緣產生的包裹型翼裂紋是限制翼裂紋繼續擴展的原因，而在雙軸壓縮下翼裂紋可以充分發展從而引起試樣劈裂破壞。

Dyskin 等［31～33］進行了大量二維、三維裂隙的擴展方面的試驗和理論研究。

Sahouryeh 等采用樹脂、水泥砂漿材料，通過改變裂紋的形狀和長度，研究單軸壓縮下三維內置裂紋的擴展規律，發現三維裂紋擴展規律與二維擴展規律很不同，其裂紋尖端生成的包裹型裂紋會限制張拉型翼裂紋的發展。對於兩共面裂紋，剪切裂紋隻有當兩裂紋間距達到某一臨界值時纔會產生。

等［34］研究了含三維邊裂紋PMMA 試樣和大理石岩樣的裂紋擴展試驗，通過改變預置裂紋深度和傾角，研究裂紋起裂模式和擴展路徑。試驗發現，預置裂紋尖端不僅有翼裂紋出現，而且產生了包裹型（ Ⅲ 型）裂紋；裂紋擴展長度取決於裂紋深度、傾角和試樣材料性質。

Heyder 等［35］采用PMMA 材料，進行了三維裂紋的四點彎曲疲勞試驗，並考慮了Ⅰ 型加載、Ⅱ 型加載和Ⅰ + Ⅱ 混合型加載模式。試驗發現，在裂紋前緣，應力分布總是趨向於使裂紋前緣應力場形成r- 0.5 奇異性，認為經典的應力集中繫數判據可以用於三維裂紋穩態擴展的判據。

黃達等［36］通過裂隙岩體物理模型試驗，發現卸荷條件下裂隙試樣的強度、變形破壞及裂隙擴展均受裂隙與卸荷方向夾角及裂隙間的組合關繫影響，卸荷速率及初始應力場大小主要影響岩體卸荷強度及次生裂紋的數量；裂隙擴展是在卸荷差異回彈變形引起的拉應力和裂隙面剪切力增大而抗剪力減小的綜合作用下的破壞。

近年來，隨著高分辨率數碼相機的不斷湧現，數字圖像測試技術得到了發展。

數字圖像相關技術是由Sutton 等［37 ，38］在20 世紀80 年代發展起來的一門無損測量技術，它利用數碼相機記錄物體不同狀態下的圖像，然後對兩張圖像內同一大小面積的子空間進行像素相似度比較，從而找到物體初始位置對應的變形後的實際位置。根據物體初始空間位置到變形後的空間位置之間轉換關繫，利用不同方法（比、平均梯度法）確定全場應變分布。Yang 等［39］在這一方面做出了新探索。

1.1.2 裂隙岩體斷裂損傷實驗研究進展及現狀在裂隙岩體斷裂損傷實驗研究方面，主要有模型試驗、聲發射技術、掃描電鏡技術和CT 技術等。

在模型試驗方面，國內外學者進行了眾多研究。自從1967 年舉行的第九屆國際大壩會議及同年舉行的國際岩石力學會議上提出用材料的塊體組合來模擬多裂隙岩體介質的設想以後，國內外學者對裂隙岩體的力學性質做了許多研究。

Goldstein 、Hayashi 、Lama 、Kawamoto 、Muller 、Einstein 、Brown 等許多學者利用模型試驗，對裂隙岩樣進行了單壓、單拉、純剪的試驗，同時也進行了二維及三維的壓縮試驗，對影響裂隙岩體強度特性、變形特性、破壞方式等因素做了分析研究。

周維垣等［40 ，41］進行了眾多水電站的地質力學模型試驗。他們在處理裂隙岩體中數量眾多的節理裂隙時，認為必須對其作適當的簡化，但在各個方向節理裂隙出現的頻度、原型與模型應保持相似，即原型岩體內各個方向單位長度內縫隙數之比應與模型相同；劉東燕等［42］通過含中心裂紋砂漿試件的單軸壓縮試驗，測試並分析了裂紋擴展過程中的聲發射特征和裂紋面的相對位移特性。試驗證明，岩石類脆性材料的壓剪斷裂破壞機理與拉剪斷裂有本質的區別，裂紋面相對位移變化與軸壓荷載和聲發射具有一定的同步性；黎立雲等［43］采用類岩石材料白水泥模擬多裂紋岩體進行了雙向加壓實驗，對裂紋開裂角、初始開裂荷載的理論計算值和實驗值進行了對比分析；黃凱珠等［44］采用類砂岩模擬材料，研究雙軸作用下不同幾何分布和不同圍壓的斷續預置三裂紋的萌生、擴展和貫通機制。結果表明，裂紋貫通機制主要受加載條件與預置裂紋的幾何分布影響；郭少華［ 45］進行了含中心裂紋的矩形石膏試件單軸、雙軸壓縮條件下的破壞試驗，對裂紋起裂位置、起裂角、應力集中、斷開模式進行了研究。模型試驗結果直觀，建立在一定的物理背景之上，具有較強的說服力，因而成為進行岩石力學研究一種不可或缺的重要手段。

近年來，隨著聲發射技術的發展、高倍掃描電子顯微鏡以及CT 試驗機的出現，裂隙岩體斷裂損傷的實驗研究得到較快發展。劉東燕等［ 46］用水泥砂漿模擬含裂隙岩石試樣，在剛性壓力機上進行單軸壓縮試驗，通過聲發射測試技術，分析含裂隙岩石在受壓過程中新裂紋的萌生→ 擴展→ 斷裂破壞全過程，並對含中心斜裂紋試樣受壓破壞的聲發射特征進行研究，根據聲發射過程線特征段上的轉折點區分裂紋擴展的階段性。研究結果表明，試件受壓破壞過程中的聲發射事件主要來源於裂紋尖端新生裂紋發展時的能量釋放。Tsuyoshi［47］對4 種不同粒度花崗岩試樣進行了水壓致裂聲發射測試，研究了粒度和不同黏度液體作用下試樣的破裂機制。研究表明，當粒度較大時，以剪切破壞機制占主導，當粒度較小時，以張拉破壞機制占主導；當裂隙中注入高壓水後，以剪切破壞機制占主導，當注入黏度較高的油時，以張拉破壞機制占主導。李銀平等［48 ，49］采用含預制裂隙大理岩試件，對壓剪應力場中試件破壞過程聲發射特征進行研究，根據試樣的不同聲發射特征，分析材料損傷斷裂過程的不同機制。Lei 等［50］選用含裂隙面花崗岩和泥岩試樣，采用32 通道高速聲波測試儀，對試樣的破裂過程進行聲發射的時空記錄，並將裂紋的損傷演化過程分為三個階段。Changa［ 51］采用聲發射技術研究了Hwangdeung花崗岩和Yeosan 大理岩試樣的微裂紋彙合問題，分析其斷裂損傷的微觀機理。

研究表明，三軸壓縮荷載下岩石的破壞機制以剪切破壞為主導，並且隨著圍壓的增加，剪切破壞的主導性增強。另外，Zinina 等［52］、Tang 等［53］、Rudajev 等［ 54］、Chang［55］、Xu 等［56］、Zietlow 等［ 57］都曾采用聲發射技術進行了岩石破壞特征的研究。

在掃描電鏡試驗方面，周維垣等［58 ］采用黑色大理石試樣，進行了岩石材料切片的掃描電鏡（SEM）下的斷裂試驗及宏觀試件的三點彎曲斷裂試驗，研究試樣細觀破壞的機理及宏觀斷裂破壞形成的過程，並采用局部化理論和分數維重正化理論相結合的近似方法，即用細觀網格代替局部的不均一性，建立了岩石、混凝土材料細觀開裂網格模型；肖洪天等［59］采用掃描電鏡，即時記錄了裂紋尖端的微裂紋發育和演化過程，並應用雙扭試件，對三峽船閘花崗岩進行了亞臨界裂紋擴展試驗，得到花崗岩的斷裂力學參數；朱珍德等［60］選取三峽船閘高邊坡花崗岩和山西萬家寨水電站灰岩進行不同應力狀態的全應力-應變過程滲透性對比試驗，然後將其岩石破壞斷裂斷口進行微觀掃描電鏡試驗，分析了脆性岩石的微觀斷裂形式，認為脆性岩石的斷裂機理有兩種，即剪切破壞和翼裂紋擴展破壞；趙永紅等［61 ］對房山大理岩進行了單軸壓縮條件下大理岩填充割縫周圍微裂紋生長的掃描電鏡實時觀測研究，微裂紋首先呈剪切破裂帶狀發育，隨外載的增加而連通形成斷裂帶，割縫填充後微裂紋萌生所需的荷載水平明顯提高。

1986 年，日本首先研制成功室內受壓岩樣彈性波CT 機，並用該機對受壓岩樣內部裂隙發展過程進行了研究，取得了豐碩成果，這標志著CT 技術被引入岩石力學領域，成為岩石力學CT 技術研究和應用的開端。1989～1991 年，Raynaud 、Fabre 和Vinegard 等分別利用CT 機研究受軸對稱荷載的岩石。研究顯示，初始非均勻性和局部密度變化是由岩石內部破壞機理引起的。Verhelst 等於1995 年利用X 射線CT 機研究了岩樣的微裂縫和不均一結構；Kawakata 等1997 年用X射線CT 機研究了Westerly 花崗岩在三軸壓縮時的損傷擴展特性。

楊更社等［62 ，63］在國內早應用醫用X 射線CT 機重點對岩石的初始損傷特性進行了研究，給出用CT 數表示的岩石損傷變量公式並對單軸壓縮荷載作用下砂岩的損傷擴展機理進行了CT 實時初步試驗研究。葛修潤等［64～6 6］利用自己研制成功的岩土CT 專用三軸加載裝置進行了三軸和單軸壓縮下的煤岩試件細觀損傷擴展情況的CT 動態即時掃描試驗，實現了不卸載掃描，首次獲得了實時CT 圖像，使試驗技術有了新的突破。他們通過試驗得到在不同荷載作用下煤岩材料中微孔洞被壓密→ 微裂紋萌生→ 分叉→ 發展→ 斷裂→ 破壞→ 卸載等各個階段清晰的CT 圖像，從細觀尺度上證實了岩石疲勞破壞存在門檻值及疲勞損傷擴展具有不均勻性和局部化現像，得出循環荷載軸向應力值的變化對疲勞損傷壽命影響很大，該值越接近門檻值，岩石越易發生疲勞破壞。葛修潤等利用與CT 機配套的專用三軸加載試驗設備，研究了砂岩在三軸或單軸荷載作用下破壞全過程的細觀損傷擴展規律，給出砂岩應力損傷門檻值的範圍，以及砂岩的初始細觀損傷具有不均勻性，並將岩石破壞全過程宏觀曲線劃分為損傷弱化、準線形、損傷開始演化、損傷穩定發展、損傷加速發展和峰後損傷急劇發展等幾個階段。從理論上推導出密度損傷增量的概念，實現了對岩石密度損傷的定量描述，建立了岩石體積變形與密度損傷增量的定量關繫［ 67～69］。丁衛華等［70］提出CT 尺度裂紋的概念，其含義是基於X 射線CT 設備分辨率水平，通過圖像處理後，能夠從CT 圖像中識別的特定物質或結構的小尺度，尤其是圖像中的線狀或環狀影像的尺度。岩石內部裂紋寬度達到10-1 mm 或更大時，已可從CT 圖像中識別。CT 尺度裂紋出現時，岩石試件必須考慮結構效應而不能看成簡單的岩石材料。相對於岩石試件，CT 尺度裂紋介於宏觀、細觀裂紋之間。簡浩［71］采用相似材料，用水、細砂、水泥、憎水劑按1 ∶ 4 ∶ 5∶ 0.2 的質量比例，均勻混合後按國際岩石試件標準制取了含內置單裂紋試件，進行了裂隙內含有壓水和水壓致裂的單軸、三軸壓縮破壞CT 實時試驗，對水壓致裂過程裂隙的擴展規律和試樣損傷演化過程進行了分析。李術纔等［7 2］采用類岩石陶瓷材料，成功制取了類岩石材料三維內置幣狀裂紋，進行了單軸和三軸壓縮狀態下含單裂隙、雙裂隙、三裂隙試件的CT 實時試驗，並根據試驗結果，計算了含裂隙脆性岩體三維有效柔度張量，建立了三維裂隙岩體脆彈性斷裂損傷本構關繫。敖波等［73］對高分辨率CT 技術在疲勞裂紋研究領域的進展進行了繫統調研與總結。

CT 檢測技術在岩土材料的細觀試驗研究方面受到眾多學者和專家的關注，當然，將CT 技術應用到岩土工程領域，還有不少方面尚有待完善和發展。

1.1.3 裂隙岩體斷裂損傷研究進展及現狀岩體斷裂損傷力學對岩體從微裂紋萌生、擴展、演化到宏觀裂紋的形成、斷裂、破壞全過程進行研究，把岩體中的微裂紋和微孔洞作為岩體的一種初始損傷，把裂隙張開、閉合、滑移、擴展與貫通的過程看成是損傷的演化過程，通過引入損傷變量並建立損傷變量演化方程，通過幾何的或能量的方法結合到本構方程中，從而可以描述裂隙對岩體宏觀力學行為的影響，進而分析裂隙岩體的穩定性。

材料在外界的作用下，因內部缺陷的產生和發展而劣化，且此過程是不可逆的。材料的破壞過程就是這種劣化的累積過程，當損傷累積至一定程度後材料就產生宏觀裂紋，致使材料破壞。損傷力學是確定損傷連續場變量的演化規律，研究連續介質力學和研究耗散過程的不可逆熱力學。材料的損傷實質上是材料微細觀結構的變異，要了解損傷的成因及其微結構形態和特征，又需要細觀和材料學的方法。細觀方面，可以選用孔隙數目、長度、面積、體積等；宏觀方面，可以選用彈性繫數、屈服應力、伸長率、密度、電阻、超聲波速和聲發射率等，相應於這些度量損傷的基準，可以建立不同損傷本構模型，得到不同的損傷演化方程［74］。

細觀損傷研究主要從細觀或微觀角度研究材料微結構的形態和變化及其對材料宏觀力學性能的影響，再通過連續介質力學方法和熱力學理論建立連續損傷模型。統計損傷方法是基於岩石的非均質性（包括微裂紋、微空洞等缺陷的隨機性以及彈性模量、強度的非均勻性），將概率統計理論和損傷理論結合起來研究岩石類材料的本構理論［75］。

宏觀損傷方法是從宏觀的現像出發並模擬宏觀的力學行為。宏觀唯像學研究的目的是在材料的本構關繫中摻入損傷場變量，使得含有損傷變量的本構關繫能更好地描述受損材料的宏觀力學行為。損傷力學發展至今較為成熟的一些損傷模型主要是用宏觀唯像方法研究的結果。宏觀損傷研究方面：連續損傷理論就是以連續介質力學和不可逆熱力學為基礎，從宏觀現像出發並模擬宏觀的力學行為。

Krajcinovic 於1981 年運用熱力學理論對岩石類脆性材料建立了本構模型［ 76］；Swoboda 等［ 77］采用內時理論結合自由能函數得到了裂隙岩體損傷演化方程和本構關繫；Rashid 等利用不可逆熱力學和有限變形的基本理論，推導了有限變形的彈塑性損傷耦合的本構模型［ 78～80］；王學濱等［81 ，82 ］基於非局部理論研究了單軸拉伸條件下損傷變量的局部化特征，得到局部損傷變量與非局部損傷變量的關繫；秦躍平等［83～85］假設岩石的損傷與外界施加的功量成正比，推出岩石類材料在單軸壓縮條件下的損傷演化方程和本構方程；朱維申等［86］從不可逆過程的原理出發，分析

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