深部硬岩脆–延性转化行为的细观损伤模型

摘要

既有试验研究表明，在压缩荷载作用下，围压对低孔隙率硬岩的强度、破坏模式、剪胀性等具有重要影响。在围压不断增大的条件下，硬岩的破坏特性将呈现由脆性向延性转变的趋势。本文基于细观力学方法分析硬岩的脆–延性破坏机理，探究脆–延性转化过程中非弹性变形、损伤与围压的定量关系，继而构建细观损伤力学模型以描述深部硬岩在不同压缩荷载作用下的脆–延性转化力学行为。为了验证所构建模型的合理性和有效性，通过UMAT子程序将其嵌入有限元软件Abaqus模拟低孔隙率砂岩（围压10～120 MPa）和Tavel石灰岩（围压10～150MPa）在常规三轴加载下的力学行为。对比发现，数值模拟结果与试验数据具有较好的一致性，说明细观损伤力学模型能够较好地捕捉硬岩随着围压增加表现出的从脆性到延性转化的力学特性，也初步表明基于细观力学的分析方法可以为解译深部岩石的力学行为提供理论支撑。

关键词

脆性–延性转化 / 围压效应 / 摩擦滑移 / 损伤临界值 / 细观力学模型

基金资助

江苏省高等学校基础科学面上项目（22KJB560012）; 国家自然科学基金项目（42001053）; “淮上英才计划”驻淮优秀博士人才项目