Damage is the key process controlling the behavior of cemented geomaterials, such as structured sand. Damage characterization of structured sand is studied based on granular material mechanics with the aid of discrete element method (DEM) simulation in this paper. Structured sand is viewed as a mixture of remolded and structured parts, whose behavior is defined by the collective responses of unbonded and bonded contacts, respectively. Based on the cross-scale links between macroscopic quantities (stress and strain) and microscopic quantities (contact force, contact position and relative motion of particles), stresses and strains of the two parts are assembled to arrive at the overall stress and strain of structured sand. The weights of the two parts in stress and strain assembling/partitioning emerge naturally as a stress-based static damage variable and a strain-based kinematic damage variable, respectively, which are then evaluated using the DEM simulation results. The static damage variable captures the role of remolded part in load-bearing structure of structured sand, while the kinematic damage variable describes the spatial geometric configuration of the two parts. Both damage variables increase with deviator strain in a sigmoidal pattern. Directional damage indexes indicate that damage is isotropic from the view of kinematic response, but it is anisotropic if examined from static point of view. The degree of anisotropy in static damage is influenced by external stress conditions and internal microstructure anisotropy. This study provides a physically robust and theoretically rigid framework for the development of a micromechanics-based constitutive model of structured sand.
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岩石低周疲劳损伤模型与损伤变量表达方法 总被引：5，自引：3，他引：2
在岩石（体）工程领域,周期荷载作用下岩石的疲劳破坏特性与岩体的长期稳定性密切相关。针对目前对混凝土疲劳损伤研究较多,但对岩石疲劳损伤研究相对较少这一现状,运用损伤力学方法对以累积塑性应变表达的损伤变量进行了分析,指出了目前常用的以累积塑性应变表达的损伤变量表达式存在的理论上的缺点,建立了一种新的岩石疲劳损伤变量表达方法。为研究岩石在疲劳荷载作用下力学性能不断劣化的过程,从连续介质损伤力学的基本理论出发,分析岩石在疲劳荷载下的损伤发展和变形规律,并考虑岩石材料的硬化特性,推导了低周疲劳损伤演化方程,经低周疲劳试验数据分析,所建模型可以较好地反映岩石的疲劳损伤演化规律,可用于岩石在低周疲劳荷载作用下的有限元分析。 相似文献
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为了研究辽西冻风积土在动荷载作用下的损伤演化规律,采用动三轴仪进行了室内试验,获得了动本构关系、损伤演化方程以及损伤变量随应变的演化曲线。同时,针对冻风积土损伤的初始阶段,利用扫描电镜观测了微观结构。研究结果表明,冻风积土的损伤演化过程可以采用3个阶段进行描述。损伤的扩展速度在塑性损伤阶段发展较快,并且损伤变量的增长过程具备非线性特征;在微裂纹扩展阶段相对平缓,损伤变量与应变呈近似的线性增长关系。内部微裂纹的产生起于试样的中部,然后由中部向两端呈环状扩展。经过裂纹的交错和汇聚,斜向裂纹逐步形成和扩展。 相似文献
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岩石爆破损伤模型的比选与改进 总被引：1，自引：0，他引：1
归纳了目前应用较为广泛的爆破损伤模型关于损伤变量的定义方法,基于FORTRAN与LS-DYNA自定义接口,将5种典型的爆破损伤模型成功导入LS-DYNA。根据具体的工程实例,对5种爆破损伤模型计算的精确性进行了对比计算和验证。结果表明,KUS模型与RFPA模型对应的结果与实测值更接近。选取计算结果较为准确的KUS模型进行改进,考虑压缩损伤,并修正了宏观弹性常数的确定方法,建立了拉压损伤模型,并对该模型的计算精确性进行验证,结果表明,该拉压损伤模型可以更好地定量描述岩体爆破损伤范围。 相似文献
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选取东南沿海某建筑工程地基浅层残积土为试样,运用超声波岩土损伤检测技术,测试计算在不同冲击荷载作用下试样纵波波速。选用纵波波速为损伤变量进行损伤度计算,分析了冲击荷载冲击频率、冲量等参数对试样损伤度的影响关系。同时结合试样试验破坏实际情况,分析了冲击荷载作用下试样损伤演化破坏特性。结果表明,随着冲击频率和冲量的增大,残积土试样损伤度都有增大上升趋势;随着损伤度的增加,残积土冲击损伤演化过程可分为小变形、端部出现裂纹、前端1/3处鼓胀或出现裂纹、前端裂纹扩展与表面剥落等几个不同破坏阶段。研究结论为揭示动荷载作用下残积土动力损伤演化规律提供科学依据和量化参数。 相似文献
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裂纹监测对岩石损伤演化的认识至关重要。为研究岩石裂纹扩展及损伤变形特性,开展了含不同倾角（0°～90°）预制裂隙的标准细黄砂岩样的单轴压缩试验。利用三维数字图像相关技术（3D-DIC）获取岩样三维空间坐标下的应变分布,并结合声发射从光学与声学的角度监测了裂纹的扩展演化。由此提出了一种裂纹主应变的计算方法,定量表征岩石劣化的损伤变量D值。最后,探讨了由声发射与损伤变量D值确定岩样特征强度的影响因素。结论如下：（1）裂纹主应变反映了岩样受荷过程中同源裂纹在时间上的变化速率与空间上的扩展趋势,能较好地表征岩石的开裂行为;（2）声发射适用于确定岩样的起裂应力,不适用于损伤应力的确定,损伤变量D值所确定的起裂应力滞后于声发射,但适用于损伤应力特征值的确定;（3）结合声发射与DIC技术确定的归一化起裂应力范围为0.63～0.94、归一化损伤应力的范围为0.83～0.99;（4）预有裂隙会影响岩石的材料力学性能。随着倾角的增加,岩石的起裂应力、损伤应力及峰值应力呈增长的趋势,由于难以形成局部应变场聚集,裂纹的萌生与起裂更加困难。结果表明,3D-DIC技术的利用可以提高对岩石开裂行为的理解,对岩石的损伤监测与判识更有重要的意义。 相似文献
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脆性岩石的损伤与裂隙扩展 总被引：7，自引：2，他引：7
岩石内部各种微裂隙的产生及发展,导致岩石的物理力学性质的劣化,此即损伤对岩石作用的结果。本文根据大理岩破坏过程中裂隙扩展的作用,定义了视损伤变量D=ε_v~k/ε_v~m,并导出了岩石的应力-应变关系和损伤变量D与D的关系。通过损伤试验,得出与理论值相吻合的结果。 相似文献
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岩石试件表面的视频图像可作为试件表面变形破坏的信息载体。为从试验视频图像中分析出定量的信息,文章提出一种描述岩石损伤演化的新方法:计算基准图像与对比图像的相对熵,用相对熵表征变形和破裂的发展,将相对熵明显上升阶段的起点作为试件损伤演化的启动时刻。根据花岗岩试件室内单轴压缩试验拍摄的试验视频,使用灰度分界阈值分割法得到了试件各细观组分的分布,使用相对熵表征试件中不同位置、不同组分的损伤演化特征,分析了试件全局区域的损伤演化阶段,探讨了损伤演化过程与组分类型、位置之间的关系。结果表明:试件损伤从试件中部开始,先扩展至左下,再扩展至右上;组分损伤的先后顺序为长石、石英、黑云母,且损伤大小顺序为石英＞长石＞黑云母;黑云母损伤从右上开始、然后扩展至中部,石英损伤从中部开始、先后扩展至左下和右上部位,长石损伤从上部开始、先后扩展至中部和下部。 相似文献
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岩石单轴受力CT识别损伤本构关系的探讨 总被引：14，自引：3，他引：14
对岩石在单轴受力状态下的损伤扩展进行CT扫描，分别利用CT扫描和Lemaitre等效应变假设计算其损伤变量。损伤本构关系分析表明，Lemaitre等效应变假设采用不同形式损伤变量时，既有形式上的差异，又有其内在的联系。 相似文献
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逾渗是一种分形模型,利用声发射点定位盐岩内部破坏网格来建立逾渗模型,可以分析三轴压缩条件下盐岩逾渗特征以及损伤演变发展。研究发现,各试样逾渗模型团簇(cluster)数与最大团簇占有率关系曲线斜率在70%应力峰值后基本相等,利用最大团簇沿试样轴向的延伸来描述裂缝的扩展规律,并通过最大团簇在轴向的延伸终点得到了各试样逾渗的临界破坏比率,它对于研究渗透陡增点非常重要。提出利用逾渗关联长度(关联长度?代表处于同一团簇中的两个点的平均距离)确定试样损伤起始点,并通过计算逾渗模型破坏比率得到损伤变量,它和基于AE振铃计数以及AE能量计算得到的损伤变量结果相近。研究结果表明,逾渗可以形象地表述岩石内部破裂过程和损伤情况,为研究岩石破坏失效及裂缝衍生发展提供了新的思路。 相似文献
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爆破荷载作用下岩体损伤破坏的分形研究 总被引：2，自引：0，他引：2
通过对现有损伤参量的定义方法的分析,尝试采用分形维数作为表征岩石损伤的参量,建立分形维数与损伤程度的相对关系。根据盒维数算法思想及数字图像存储原理,编写了基于Matlab的数字图像的简易盒维数算法。结合实际工程爆破施工,采用数字式全景钻孔摄像系统进行了现场测试。通过对实测的爆前、爆后岩体的影像资料进行裂纹提取及图形处理,得到了爆破前后岩体损伤裂纹对应的分形维数,确定了爆破作用下所产生的损伤增量。结果表明,用分形维数来描述岩石的损伤,克服了其他定义方法涉及过多岩石特性参数的不便,其结果为研究岩石的损伤程度及演化过程,探索了一条新的途径。 相似文献
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穿孔爆破是露天矿开采的主要模式,爆破产生的冲击效应将导致周边岩体出现不同程度的损伤破裂,影响台阶边坡的稳定性。提出一种利用钻孔注水试验评价爆破周边岩体等效损伤场的方法,通过向若干钻孔内注满水,记录不同时间的水位,绘制水位随时间的变化曲线,并最终获得不同位置的损伤程度及损伤深度。采用相对损伤因子定量化表征爆破对岩体的损伤程度,通过水位-时间曲线中速降段与平缓段的交界点反映岩体的损伤深度及损伤距离。通过试验发现,爆破引起的周边岩体损伤范围一般在20 m之内,引起的最大损伤深度在12 m以内;铁矿的抗爆能力高于灰岩,相同位置铁矿的相对损伤因子比灰岩的小7.5%左右,铁矿的最大损伤距离及最大损伤深度均比灰岩的小4～6 m;某些情况下注水后水位会快速降至某一特定高程,然后保持不变,表明该高程出现了贯通性导水带,可通过窥视仪等设备进行观察校核。 相似文献
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隧道开挖中围岩损伤演化分析及力学参数预测 总被引：1，自引：0，他引：1
数值方法所得出结论的可靠性很大程度上取决于岩体力学参数的选取,因此基于损伤演化分析,对损伤变量与围岩力学参数之间关系进行了研究。在各向同性损伤的假定下,通过分析开挖过程中围岩损伤演化,建立了采用损伤变量对弹性模量、泊松比、黏聚力、摩擦角等围岩材料参数进行估算的方法。采用弹性纵波波速定义初始损伤,根据壁城隧道现场监测资料建立ANSYS渐进性数值模型,反演典型断面开挖过程中围岩的宏观力学参数。分析结果表明,该方法可以有效地确定围岩力学参数的变化情况,与实际情况吻合较好。 相似文献
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岩石几何损伤模型是建立统计损伤本构模型的重要基础。在岩石变形力学特性基础上对现有岩石几何损伤模型进行了回顾性分析，针对它们难以较好地反映初始损伤特征和峰后变形破坏特征的缺陷与不足，首先，将岩石材料视为由未损伤部分、初始损伤部分和后继损伤部分组成，提出了考虑初始损伤的岩石几何损伤模型；然后，通过探讨Weibull分布参数m和F0对损伤变量变化产生的影响，构建了参数型岩石几何损伤模型，在此基础上建立了应变软化类岩石统计损伤本构模型并进行了修正，给出了模型参数的确定方法；最后，通过模型验证和参数分析表明，修正后模型能够较好地模拟岩石变形破裂全过程，参数l和h对损伤变量变化产生的影响与m和F0等效，解决了现有岩石几何损伤模型存在的共性问题，该模型和方法具有一定的合理性和可行性。 相似文献
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