1、本文在現(xiàn)有理論的基礎上，提出了一種新的力學模型，稱為基于細觀損傷虛內鍵理論的巖石破裂數值模型。通過對比分析微觀虛內鍵兩參數連接法則方程和宏觀巖石應力-應變全過程曲線，基于細觀損傷理論，提出能夠描述巖石破裂過程的虛內鍵密度演化函數，將虛內鍵模型拓展成為微-細-宏觀多尺度數值模型。對巖石材料的基本屬性之一—非均質性進行合理描述，開發(fā)基于該模型的巖石破壞分析系統(tǒng)。
　　 本文主要工作及分析所得主要結論如下:
　　 1.在已有工

2、作基礎上，進行巖石破裂過程分析系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作。對構成巖石的基本單元—基元的本構關系進行了研究:為了定量描述虛內鍵密度隨著受壓變形而減少的變化趨勢，根據Lematire的應變等效假說，以及脆性巖石在單軸壓縮下的損傷本構方程，提出了虛內鍵密度演化方程，從而得到包含虛內鍵演化函數的非線性4階彈性張量。運用Weibull分布對巖石材料的非均質性進行統(tǒng)計描述;提出了基元的兩種狀態(tài):實體基元和空氣基元，實體基元在外部荷載作用下是一個逐漸弱化的

3、過程，當弱化到某一閥值時，轉化為空氣基元。
　　 2.對巖石的應力-應變曲線進行了數值模擬。通過虛內鍵密度函數D（θ）中參數c1、c2的合理選擇，數值模型能夠再現(xiàn)巖石材料的應力-應變曲線。非均質系數m對巖石材料的本構關系有重要的影響，m值越小，巖樣的峰值強度越低，峰后曲線比較平坦;m值越大，巖樣的峰值強度增大，峰后曲線越發(fā)陡峭。
　　 當圍壓變化時，不論非均質性系數m如何取值，應力-應變曲線均表現(xiàn)為隨著圍壓的增大，峰值強

4、度增加。所不同的是，當m值較小時（以圍壓=5MPa為例），峰值強度較低，m=3.0時到達最大值，然后又降低。
　　 3.對巖石破裂的動態(tài)過程進行了數值模擬。從變形的角度定義巖石的破壞，運用黏結面法則，當細觀單元應變超過聯(lián)接強度后，材料便自動進入軟化階段，細觀單元本身斷裂而成空洞，空洞隨變形長大使應力場更不均勻，導致新的空洞成核或產生局部剪切帶，最后空洞成片聚合而形成宏觀裂紋。
　　 對大理巖而言，非均質性對巖石破壞過程及

5、類型的有較大的影響:隨均質度系數的提高，出現(xiàn)第一批破壞基元的時間依次退后，分別為第2步(m=1.1)、第4步(m=3.0)、第5步(m=7.0)、第6步(m=15.0);同時，當均質度系數較小時，破壞基元的分布比較分散，而當均質度系數大時，破壞基元則相對比較集中，構成主破裂帶。
　　 4.高徑比對巖石破壞形態(tài)的影響。從高徑比0.6的巖石破壞形態(tài)可以看出，巖石破壞明顯受端部約束的影響，所以進一步破壞受阻，該條件下強度較高，失真嚴重

6、。高徑比為1.0的巖石破裂形態(tài)可以看出，隨著高徑比的增加，端部影響減弱，試件從右上部斜向剪出破壞，端部影響仍然存在。高徑比1.5和2.0的情況與1.0的類似，端部影響在逐步減小，這可以從與端部接觸部位的材料破壞看出。高徑比2.5的巖石破裂形態(tài)看出，試件發(fā)生了整體剪切破壞，說明端部效應已經減小到不至于影響材料破壞過程的程度。高徑比3.0的情況與2.5類似。綜上可以看出，端部效應肯定存在于材料試驗中，但是其影響在高徑比較小時作用明顯;其作用

7、隨著高徑比增加逐步減小，到一定程度后試件不穩(wěn)定性增強。因此，可以大致認為巖石材料高徑比為2.5-3.0，這與IRSM推薦值是一致的。
　　 5.應力與加載步（應變）曲線峰后的動態(tài)破壞過程:當應力與加載步曲線位于峰值時，巖石才開始在左下角出現(xiàn)主裂縫并呈活動狀態(tài);在峰后階段，隨著應力下降及加載步（應變）的持續(xù)增加，巖石的微裂縫逐漸發(fā)展并貫通，直至最終破壞，破壞時的加載步（第59步）是峰值時（第26步）的2倍多，應力約為峰值應力的20

8、％。由此可以看出，巖石材料從微裂紋的產生到最終破壞經歷了一個較長的發(fā)展過程，說明在圍壓(40MPa)作用下，巖石材料具有一定的塑性變形能力。
　　 6.對巖石破裂過程的聲發(fā)射進行了數值模擬。當非均質度系數m較低時，對砂巖而言，加載初期有較多的聲發(fā)射事件發(fā)生，且后期聲發(fā)射事件比較平穩(wěn);當非均質度系數m較大時，加載初期的聲發(fā)射事件較少，而是在應力峰值后有一個比較集中的聲發(fā)射事件發(fā)生。當非均質性系數m=1.1時，隨著圍壓的增大，聲發(fā)射