裂隙岩体动态损伤局部化机理的理论和实验研究

裂隙岩体在动荷载作用下的力学特性以及动态损伤、断裂特征是研究岩石工程在爆炸荷载以及地震荷载作用下响应的重要参数，也是研究爆炸冲击波以及地震波在岩石介质中传播以及衰减课题的基本参数。该项目在深入认识和研究裂隙在动荷载作用下扩展规律的基础上，建立荷载速率、围压、摩擦系数以及细观力学参数对裂隙岩体动态损伤局部化影响的理论模型，获得其数值求解方法及其有限元分析程序。该模型的特色是考虑了裂隙岩体的变形-强度-应力-时间的关系。通过理论分析和模型试验，掌握荷载速率和裂隙扩展速率之间的关系，揭示围压、摩擦系数以及细观力学参数对裂隙扩展规律的影响，进而确定荷载速率、围压、摩擦系数以及细观力学参数对裂隙岩体的变形和强度特性的影响规律。该项目的研究成果有助于我们揭示裂隙岩体在爆炸荷载和地震荷载作用下发生破坏的机理，并为我国目前急需的岩体工程抗震设计方法提供科学依据。

赵延林、曹平、王卫军编著的《裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合理论及工程应用》内容提要：本书详细介绍了裂隙岩体渗流一损伤一断裂耦合理论及其在相关工程领域的应用。主要内容包括：渗流应力作用下裂隙岩体断裂力学特性研究，类岩材料多裂纹体断裂破坏实验与岩石断裂韧度测试、裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合本构模型研究、基于双重介质裂隙岩体渗流-损伤-断裂耦合模型有限元分析、裂隙岩体渗流损伤-断裂耦合的扩展FLAC3D分析、高压预注水致裂软化煤层的工业试验和数值研究。

大型复杂结构地震灾变机理的分析理论是当前和今后结构抗震研究的热点和难点。课题组围绕大跨混凝土桥梁地震灾变机理和抗震性能，进行了理论研究和试验验证。研究内容涉及：1）文献分析，指出当前大型复杂桥梁结构地震灾变研究手段的局限性；2）理论模型，根据大跨桥梁震害机理分析的需求，发展了基于损伤本构理论模型的分析方法，给出了计算大型桥梁地震损伤分析的纤维梁模型；3）数值算法，发展了基于变分理论的损伤本构算法，编制了基于大型商业软件的二次开发子程序；4）考虑结构灾变过程中的多重非线性效应（材料、几何、损伤以及阻尼、支座等边界非线性）；5）试验验证，根据理论研究是需要，设计了21个正方形实心和空心、矩形空心截面桥墩模型，进行了拟静力试验研究，关于试验过程的数值模拟显示，给出的理论模型是合理的。 2100433B

应变局部化和塑性失稳现象在岩土材料的破坏中起着重要的作用，正确模拟和预测应变局部化现象对边坡、地下开挖、基础以及挡土墙等岩土工程的稳定性至关重要。黄土作为一种特殊土，由于其结构性较强，存在着应变局部化现象，并且近年来随着西部大开发，越来越多的工程涉及到黄土地区，因此研究黄土的强度特性就尤为必要。有鉴于此，本项目在试验研究的基础上，分析黄土的强度变形特性、水敏感性以及结构性；改进和验证强度准则。运用扰动状态的概念，分析黄土渐进损伤演化过程，确定黄土的损伤扰动函数，结合统一强度理论，建立饱和结构性黄土三维损伤模型。在此基础上，分析黄土强度和结构性对水敏感程度，确定非饱和黄土的结构性损伤扰动函数；改进双剪统一强度理论；进而建立非饱和黄土的三维结构性损伤本构模型。在所建立模型的基础上，考虑黄土渐进损伤过程，引入损伤扰动因子，确定产生应变局部化的条件，并采用试验对其进行验证。