二岩体的断裂力学判据.pptVIP

§5.弹塑性断裂力学 当裂纹前端塑性区尺寸很小时，这时塑性区周围仍为广大的弹性区所包围，故线弹性断裂力学的分析仍然适用；但当裂纹前端塑性区尺寸接近或超过裂纹尺寸时，线弹性断裂理论就不再适用。这时就必须应用弹塑性断裂力学理论，这里介绍弹塑性断裂力学中的J积分法。J可以看成是和线弹性断裂力学中的K相似，是裂纹尖端应力场强度的参数。 赖斯（Rice）应用全量理论，避开求解裂纹前缘塑性应力场时数学上的困难，提出平面裂纹问题的J积分定义为： J积分的物理含义为：裂纹扩展单位长度时，单位厚度中的总应变减去边界上外力所做的功而实际流入围道厂内的能量，称为J积分。 可以证明J的数值与具体的积分路径无关，这就说明它是裂纹尖端的参数，即裂纹前缘应力应变场的强度或能量。 G — 裂纹扩展时所释放的能量随裂纹增长的变化率，即裂纹每扩展单位面积，弹性系统所提供的能量。 可作为平面问题，不允许卸载的局限条件下的裂纹失稳扩张判据。 如果将J积分应用到线弹性状态下，后来有人证明，在平面应变条件下， 有如下关系 在赖斯（Rice）的论文发表以后五年，有人用实验方法对Ⅰ型裂纹测出可材料在平面应变情况下的临界值 ，它是一个材料的常数，随后大量试验都充分证明。 §6.损伤力学简介 一.损伤力学研究任务与研究方法 1.损伤概念：是指在各种加载条件下，材料内聚力的进展性减弱，并导致体积单元破坏的现象。 2.损伤的成因和方式 ①初始损伤：如岩体内的裂隙 ②弹塑性损伤：由荷大引起弹塑性变形从而产生的损伤 ③疲劳损伤：应力与结构的变化引起的损伤 ④蠕变损伤：随时间发展的损伤 ⑤各种损伤的累积和相互作用 3.损伤力学与细观力学断裂力学的不同 ①断裂力学研究的是有间断的介质，它研究裂隙的发展及破坏，往往研究单个裂隙 ②损伤力学研究的仍然是连续介质，认为原始缺陷是连续分布的。它把这种缺陷作为一种“劣化因素”结合到弹性、塑性、粘弹性介质的分析中, 见下图：损伤力学与细观力学、断裂力学的关系图 存在宏观 完整的工程材料 荷载环境等损伤因素 缺陷 产生微观缺陷 细观力学 微观缺陷发展 参考尺寸 形成微细裂隙 　　　损伤力学 　　　 　　　　　　　　　　　　　　　0.01mm 微细裂隙发展 0.1mm 构成宏观裂纹或空洞 1mm 宏观裂纹或空洞发展　　　　　断裂力学 裂纹失稳或塑性流动 工程结构断裂 4.损伤的处理方法 （1）细观的处理方法：即根据材料的微观成分——基本颗粒、空洞等的单独行为与相互作用来建立宏观的本构关系。这种方法主要缺点是从微观到宏观的过渡，需要经过许多简化的假设 （2）宏观的处理方法：它虽然需要微观模型的启发，但不需要以微观机制来导出理论关系式，而是用宏观变量来描述微观变化。这是损伤力学目前采用的方法，它把损伤参量当作内变量 5.损伤的测量方法 （1）直接法：及直接测量微孔与微裂纹的密度和方向 （2）间接法： ①物理法：依靠测量电阻、超声波传播速度等间接推算出损伤量值 ②机械法：测量损伤对力学性能的影响 6.损伤力学在岩石力学中的应用 同断裂力学一样，损伤力学首先从金属材料的研究中发展起来，后来人们应用于混凝土材料，建立混凝土的损伤力学模型。1985年，Kawawoto等人开始应用于节理岩体建立了节理岩体的初始损伤张量，提出了损伤的扩展方程及计算损伤场的有限元方法，从此，损伤力学在岩石力学中的应用蓬