空隙岩石非线性变形细观唯象分析及本构模型

三轴压缩条件下空隙岩石非线性变形分析方法及其变形全过程模拟方法是岩石变形力学特性研究的焦点之一。首先,在充分探讨三轴压缩条件下空隙岩石非线性变形机理与特征的基础上,采用细观唯象分析方法,将空隙岩石细观化为由基质材料和裂隙材料2部分串联组成,建立了空隙岩石非线性变形细观唯象分析模型。基于体积柔度与空隙岩石内部张开裂隙数量密切相关的特点,引入了体积柔度与弹性模量之间以及静水压力与裂隙纵横比之间的关系,建立了基质材料的弹性模量与围压之间的关系式。基于连续介质损伤力学理论,建立了三轴压缩条件下基质材料变形破坏过程的统计损伤本构模型。然后,在空隙岩石非线性变形细观唯象分析模型的基础上,建立了空隙岩石变形破坏全过程的统计损伤本构模型,并给出了模型参数的确定方法。最后,根据红砂岩和煤岩2类岩石三轴压缩试验资料对模型和方法的合理性与可行性进行了验证。结果表明:本模型不仅能够较好地反映三轴压缩条件下空隙岩石空隙压密非线性上凹变形特征,也能够反映出岩石弹性模量随围压增大而不断增大的变化特点,还能够较好地模拟出岩石峰值后区变形特征。空隙岩石非线性变形细观唯象分析模型和基质材料弹性模量分析模型的合理性得到了较好的验证,该模型和方法具有一定的可行性。