干湿动载耦合作用下石灰岩宏细观复合损伤模型研究

作     者：段继超 宗琦 高朋飞 汪海波 吕闹 王浩 

作者机构：安徽理工大学土木建筑学院 安徽江南爆破工程有限公司 

出 版 物：《中国公路学报》 (China Journal of Highway and Transport)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52074009) 安徽高校自然科学研究项目(2023AH051167) 

主　　题：道路工程 边坡 干湿循环 石灰岩 损伤本构模型 宏细观损伤 

摘      要：为研究边坡干湿消落带石灰岩的损伤劣化特性，采用直径50mm分离式霍普金森压杆（SHPB）试验系统对不同干湿循环等级石灰岩开展不同应变率下的单轴压缩试验，分析了石灰岩的单轴压缩力学特性劣化规律和劣化机理，基于Lemaitre应变等效原理构建了干湿动载耦合作用下石灰岩宏细观复合损伤本构模型，并验证了该模型的有效性。试验结果表明：随着干湿循环次数的累积，试样内部细观结构不断弱化，进而在宏观物理特征上表现为纵波波速、抗压强度和弹性模量的逐渐降低以及孔隙度、峰值应变的不断增加；随着应变率的增加，试样耗散能增加，内部更多的微裂纹萌生并活化，试样强度表现出显著的应变率增强效应，同时弹性模量、峰值应变及损伤程度呈现出逐渐增加的趋势；干湿循环引起的细观损伤与动载引起的宏观损伤相互叠加作用，共同加剧了试样的损伤破坏；借助Lemaitre应变等效原理建立的石灰岩宏细观复合损伤演化曲线可分为初始损伤保持、损伤缓慢增加、损伤加速及损伤减速终止4个阶段，实现了对复合损伤演化全过程完整统一的模拟；建立的本构模型可以较好地表征干湿动载耦合作用下石灰岩变形破坏过程中应力应变特征，与试验数据吻合度高，且模型中参数物理意义明确。模型为干湿循环岩石强度的估算和岩石变形、损伤和破坏等问题提供了参考。