岩桥压剪贯通特征失稳准则

Research on the failure criterion of the coalescence of rock bridge is a hot and difficult issue at home and abroad, which plays a very important role in the failure prediction of landslide or earthquake. This project intends to study the failure criterion of rock bridge through theoretical analysis, laboratory experiments and numerical simulation. Firstly, the traditional renormalization group model will be improved by theoretical derivation so that the stress transfer mechanism can distribute the stress of failure cell to the unbroken cells with inverse correlation to distance. Secondly, more reasonable stress and strain failure criteria of rock bridge will be established based on the improved renormalization model and shear damage constitutive. thirdly, a energy failure criterion of rock bridge will be established. Finally, the laboratory tests and numerical simulation will be carried out in order to verify the stress, strain and energy failure criteria of rock bridge. Afterwards, the influence of loading rate on shape parameter m will be studied in order to reveal the applicable conditions of the failure criteria of rock bridge. This project aims to establish the failure criteria of rock bridge based on the stress, strain and energy in order to provide a theoretical basis for the failure prediction of landslide and earthquake.

构建压剪作用下岩桥贯通失稳准则对于滑坡、地震预测具有重大意义，相关研究一直是国内外研究的热点和难点。本项目拟从理论分析、力学试验以及数值仿真三个方面对其进行研究。首先从理论上对传统岩桥破裂重正化模型进行改进，使其不仅可以考虑当前广泛采用的应力平均分配转移机制，同时也能够实现按照距离岩桥破坏单元远近进行应力转移分配的模式；其次将改进的重正化模型与岩桥剪切损伤本构相结合，对目前岩桥压剪贯通特征失稳应力、应变准则进行改进完善，此基础上首次构建岩桥压剪贯通特征失稳能量准则；最后通过室内试验和数值仿真虚拟试验，对岩桥压剪贯通特征失稳应力、应变、能量准则的有效性进行验证，并通过研究加载速率对均值度参数m的影响规律，揭示岩桥压剪贯通特征失稳准则的适用范围。本项目旨在构建基于应力、应变和能量的岩桥压剪贯通特征失稳准则，以期为滑坡、强震预测提供理论依据。

通常，岩石脆性破裂过程可划分为:压密闭合、弹性、稳定破裂、非稳定破裂、峰后破坏五个阶段，其中稳定破裂和非稳定破裂阶段以体积扩容点为分界点，非稳定破裂和峰后破坏阶段以峰值强度点为分界点。. 不难理解，岩石在峰值强度点发生宏观破裂前，必然要经历非稳定破裂阶段。换言之，在往峰值强度点演化过程中必然要经过体积扩容点。因此，如能基于某种物理量（如应力、应变、能量等）建立体积扩容点与峰值强度点之间的定量关系，则可基于体积扩容点提前对峰值强度点进行预测，从而实现对岩石宏观破裂灾变点的预测。. 基于上述思路，在国家自然科学基金青年项目的资助下，以“岩桥压剪贯通特征失稳准则”作为研究课题，我们开展了相应研究，并取得了如下成果：. （1）在传统岩石破裂重正化模型应力等概率转移机制的基础上，构建了与已破裂岩石单元距离远近呈反相关关系的应力转移分配机制。. （2）基于岩石破裂一维、二维和三维重正化群模型，并结合岩石损伤本构，推导出了体积扩容点与峰值强度点所对应应力之比σcd/σf、应变之比εf/εcd和应变能之比Ecd/Ef的理论关系。如此，则可基于体积扩容点实现对峰值强度点（灾变点）的预测。. （3）初步研究表明：岩石破裂一维重正化模型较适用于描述加载速率极低的岩石块体破裂过程；岩石破裂三维重正化模型较适用于描述加载速率极高的岩石块体充分破裂过程。当加载速率介于上述两种极端情况之间（如常规加载速率下岩石室内试验），岩石破裂过程可采用二维重正化模型。. 基于上述研究，我们建议采用岩石破裂一维重正化模型所对应应力之比σcd/σf、应变之比εf/εcd和应变能之比Ecd/Ef对崩塌、滑坡等灾害进行预测。据此，我们针对一些典型滑坡失稳过程（如我国著名的新滩滑坡、世界著名的意大利瓦伊昂滑坡）进行了回溯性预测分析，检验效果不错。. 综上，本项目研究成果对于崩塌、滑坡等灾害的预测预警具有重要参考价值和指导意义。