岩石（体）峰值后区强度弱化机制与数值模拟研究

岩土介质峰值后区强度弱化在工程岩土体中普遍存在。本项目针对峰值后区岩石（体）强度弱化机制开展研究：① 基于Mohr-Coulomb屈服准则，通过系统的单、三轴压缩实验与峰后循环载荷试验，从材料强度峰值后区弱化呈现的应变软化过程入手，分析应变软化过程中凝聚力与内摩擦角随变形的变化规律，定量研究岩石（体）材料强度参数弱化过程，与此同时，研究材料在峰值后区剪涨角及弹性模量等力学参数的演化行为；② 建立反映岩石损伤、强度参数弱化及剪涨效应的本构方程，提出一种应变软化本构积分算法，解决应变软化问题数值解（如有限元解）不稳定的问题，形成求解应变软化问题的一种新方法，在有限元方法中实现提出的本构积分算法，并研制相应的三维有限元程序；③ 在实验研究、理论分析与数值模拟的基础上，进一步将研究成果应用于工程，分析岩体软化特性对洞室围岩稳定性的影响。本项工作将提升岩土工程中应变软化问题研究的理论和应用水平。

在现有的岩土力学与工程问题研究中，多采用理想弹塑性模型，但岩土介质应力应变曲线中峰值后区强度弱化现象普遍存在，因此，考虑峰值后区应变软化行为更具有理论与实际意义。鉴于此，本项目采用一系列脆塑性过程代替应变软化过程的方法实现峰值后区强度弱化过程的研究。基于对岩石应力应变曲线峰值后区形态与对应的强度演化特性分析，得到对应于Mohr-Coulomb屈服准则的强度参数与塑性应变的关系，并模拟了相应的应力应变全过程曲线；在编制分析三维问题的有限元程序中，加入了应变软化模块，算例结果与初步的工程应用表明，提出的方法求解应变软化问题时数值解的稳定性好。本项工作对进一步推进岩土工程中应变软化问题研究与应用有非常积极的作用。