高应力状态下岩石非线性统一强度理论

Hoek-Brown破坏准则和广义Hoek-Brown破坏准则广泛应用于岩石工程,其缺点是没有考虑中间主应力效应。为此,建立了一对双剪模型,它们包含两个双剪应力、对应于双剪应力作用面的两个正应力和两个或一个较小主应力。根据这一对模型,可以推出俞茂宏提出的统一强度理论和昝月稳、俞茂宏和王思敬提出的岩石非线性统一强度准则和广义非线性统一强度准则。当b = 0时,岩石非线性统一强度准则就变成了Hoek-Brown破坏准则。当岩石所受到的应力状态从低应力水平到高应力水平时,岩石的破坏从脆性破坏转化为韧性破坏。与Hoek-Brown破坏准则相同,岩石非线性统一强度准则和广义非线性统一强度准则只适应于3s<cs时的脆性破坏。考虑了高静水应力作用下岩石的脆性破坏和韧性破坏特征,根据twint-ntwins-is型双剪模型,假设岩石单元体破坏时单元体上的所有应力和静水应力为非线性关系,提出了高静水应力状态下非线性统一强度理论和广义非线性统一强度理论,其物理概念比较明确,参数选择也比较简单,更具有普遍意义。

岩石的非线性统一强度准则

Hoek-Brown强度准则在岩石工程中被广泛采用。但由于它没有考虑中间主应力效应,因而在理论和实际应用上都存在不足之处。综合统一强度理论和Hoek-Brown强度准则的优点,提出一个适用于岩石的非线性统一强度准则。这一准则既考虑岩石拉压强度相差较大的特点,又考虑了中间主应力效应及其区间性。Hoek-Brown强度准则和非线性双剪强度准则在π平面上构成了岩石屈服破坏面的内边界和外边界,它们均为所提准则的特例。岩石的非线性统一强度准则,其子午线是非线性的,其参数与Hoek-Brown 准则的参数一致,可以用岩石的常规三轴试验结果按Hoek-Brown提出的回归公式得出。完整岩石能够从常规三轴试验数据预测出不同应力角的破坏极限线。与国内4个单位6种岩石20余组岩石真三轴实验结果对比表明,该准则与实验结果吻合良好。这一准则也可以推广到岩体或节理化岩体。

三轴压缩下岩石强度与破坏面角度的双剪理论分析

应用双剪理论对岩石在三轴压缩载荷下的强度和破坏特性进行了理论分析,并将分析结果与已有实验作了对比。研究表明,在岩石的强度特性方面,双剪理论所得分析结果与实验结果较吻合。而在岩石的破坏面角度方面,分析与实验尚需作进一步研究。这可能是由于岩石的破坏特性较之强度特性对其微观结构构造和实验面的条件更敏感所致。然而,作为一种宏观强度理论,双剪理论除了能很好地表述岩石的复杂强度特性外,还具有数学表达简明、便于工程应用等特点,是分析岩石在复杂应力条件下力学特性的有效工具。