损伤力学在岩土工程中的应用教材课件

损伤力学在岩土工程中的应用损伤力学在岩土工程中的应用损伤力学在岩土工程中的应用1目录一、损伤力学的基本概念二、损伤力学的发展历程三、损伤力学的基本理论四、损伤力学在岩土工程中的应用案例五、小结历程目录历程2损伤力学的基本概念损伤：是指材料在达到破坏之前,其力学性能逐渐劣化的过程。损伤力学：研究材料或构件在各种加载条件下，其中损伤随变形而演化发展并最终导致破坏的过程中的力学规律。损伤类型：材料或构件中的损伤有多种，如脆性损伤、塑性损伤、蠕变损伤、疲劳损伤等。损伤力学分类：连续介质损伤力学、细观损伤力学和基于细观的唯象损伤力学。损伤力学的基本概念3损伤力学的发展历程19581958年，年，kachanovkachanov首先提出首先提出“连续因子连续因子”和和“有效应力有效应力”19681968年，年，RabotnovRabotnov进一步发展为进一步发展为“损伤变量损伤变量 的概念的概念7070年代后，村上澄男等学者采用连续介质学法，逐渐形成年代后，村上澄男等学者采用连续介质学法，逐渐形成“连续损伤力学连续损伤力学”，损伤力学得以飞速发展，损伤力学得以飞速发展国内损伤理论最早见于土体损伤理论，之后各学者针对不国内损伤理论最早见于土体损伤理论，之后各学者针对不同土类型提出了相应的土损伤模型同土类型提出了相应的土损伤模型岩体损伤力学方面，岩体损伤力学方面，它由脆性岩石研究基础进人延性塑性它由脆性岩石研究基础进人延性塑性损伤的研究，且在岩石动态损伤力学的研究已引起人们的损伤的研究，且在岩石动态损伤力学的研究已引起人们的瞩目。瞩目。损伤力学的发展历程4损伤力学的基本理论代表性体积单元：它比工程构件的尺寸小得多，但又不是微结构，而是包含足够多的微结构，在这个单元内研究非均匀连续的物理量平均行为和响应。（微结构群）损伤变量：损伤变量是表征材料或结构劣化程度的量度，直观上可理解为微裂纹或空洞在整个材料中所占体积的百分，比其表达的物理意义为结构有效承载面积的相对减少。有效应力：在考虑损伤效应时，实际应力必须表示为与有效承载面积 相关的内力分布集度，被称之为净应力或有效应力。损伤本构方程（即反映损伤宏观性质的数学模型）：基于等效性假设的损伤本构方程 根据不可逆热力学理论导出损伤本构方程损伤力学的基本理论代表性体积单元：它比工程构件的尺寸小得多5损伤力学的基本理论损伤力学理论的基本假定：应变等价假定 应力等价假定 能量等价假定损伤力学的基本理论6损伤力学的基本理论连续损伤力学研究连续损伤力学研究过程过程：选取物体内某点的代表性体积单元选取物体内某点的代表性体积单元 定义损伤变量定义损伤变量 建立损伤演化方程建立损伤演化方程 建立损伤本构方程建立损伤本构方程 根据初始条件、边界条件求解，判断各点的损伤状态、根据初始条件、边界条件求解，判断各点的损伤状态、建立破坏准则建立破坏准则损伤力学的基本理论连续损伤力学研究过程：7损伤力学的基本理论细观损伤力学研究细观损伤力学研究过程过程：选取物体内某点的代表性体积单元，需满足尺度的双重性选取物体内某点的代表性体积单元，需满足尺度的双重性 连续介质力学及热力学分析膝关节够的损伤演化、变形连续介质力学及热力学分析膝关节够的损伤演化、变形 通过细观尺度上的平均化方法将细观结果反映到宏观本构、通过细观尺度上的平均化方法将细观结果反映到宏观本构、损伤演化、断裂等行为上损伤演化、断裂等行为上损伤力学的基本理论细观损伤力学研究过程：8损伤力学的基本理论宏观损伤力学研究方法（唯象学方法）宏观损伤力学研究方法（唯象学方法）：(1)从微观模型的启发中，建立损伤的理论分析模型，要求从微观模型的启发中，建立损伤的理论分析模型，要求以此模型导出的理论与实际相符即可。以此模型导出的理论与实际相符即可。(2)采用宏观方法的理论有多种，其共同特点是引入损伤变采用宏观方法的理论有多种，其共同特点是引入损伤变量作为本构关系的内变量。量作为本构关系的内变量。损伤力学的基本理论9损伤力学在岩土工程中的应用损伤力学的应用领域损伤力学的应用领域损伤力学在岩土工程中的应用损伤力学的应用领域10损伤力学在岩土工程中的应用在节理岩体中的应用在节理岩体中的应用 风化 损伤的 节理岩体损伤解析在坡顶出现的拉应力单元比常规有限元法多。损伤解析在坡顶出现的拉应力单元比常规有限元法多。损伤模型能反映岩体内节理分布导致的各向异性。损伤模型能反映岩体内节理分布导致的各向异性。损伤力学在岩土工程中的应用在节理岩体中的应用11损伤力学在岩土工程中的应用 混凝土随机损伤理论混凝土随机损伤理论 随机损伤模型的优势所在随机损伤模型的优势所在:不仅可以在均值意义上反映混凝土不仅可以在均值意义上反映混凝土应力与应力与应变的应变的关系关系,也也能在能在概率意义上预测其离散范围概率意义上预测其离散范围,从而从而,更为全面地反映更为全面地反映混凝土材料受力行为的本质非线性与随机性。混凝土材料受力行为的本质非线性与随机性。损伤力学在岩土工程中的应用12损伤力学在岩土工程中的应用 用损伤模型分析矿山用损伤模型分析矿山 边坡的力学特征边坡的力学特征 损伤模型在评价岩体的变形特征方向，比常规有限元损伤模型在评价岩体的变形特征方向，比常规有限元模型模型更有效和更合理，能够反映出不连续面分布而导致的岩体更有效和更合理，能够反映出不连续面分布而导致的岩体各向异性。随着矿山开采条件的逐渐复杂，节理裂隙的影各向异性。随着矿山开采条件的逐渐复杂，节理裂隙的影响更加突出，损伤力学理论在分析矿山岩体工程变形特征响更加突出，损伤力学理论在分析矿山岩体工程变形特征方面，具有广阔的应用前景。方面，具有广阔的应用前景。损伤力学在岩土工程中的应用13损伤力学在岩土工程中的应用 黄土的损伤力学模型黄土的损伤力学模型 损伤力学模型可以全面模拟黄土的应变软化和浸水软化现损伤力学模型可以全面模拟黄土的应变软化和浸水软化现象。在损伤力学模型的基础上，长期困扰土力学的土的逐象。在损伤力学模型的基础上，长期困扰土力学的土的逐渐破损问题将有可能成为数值分析的对象。渐破损问题将有可能成为数值分析的对象。损伤力学在岩土工程中的应用14损伤力学在岩土工程中的应用冻土的损伤力学行为冻土的损伤力学行为 考虑考虑了了微裂隙发育的冻土蠕变的损伤力学模型，能较好地微裂隙发育的冻土蠕变的损伤力学模型，能较好地反反映映冻土第二、三蠕变阶段变形随时间发展的规律。冻土第二、三蠕变阶段变形随时间发展的规律。可以可以反映反映冻土蠕变过程的基本规律，具有理论探讨价值和指导冻土蠕变过程的基本规律，具有理论探讨价值和指导工程实际的意义。工程实际的意义。损伤力学在岩土工程中的应用冻土的损伤力学行为15总结 损伤力学理论虽然只有几十年的历史，但是它已经广泛应损伤力学理论虽然只有几十年的历史，但是它已经广泛应用于金属材料、土木工程、岩体边坡等工程领域，并且为用于金属材料、土木工程、岩体边坡等工程领域，并且为工程的破坏提供了更为可靠的依据。相信未来在工程建设工程的破坏提供了更为可靠的依据。相信未来在工程建设方面，损伤力学理论会被更加广泛的应用。方面，损伤力学理论会被更加广泛的应用。总结谢谢观看！16