基于循环加卸载的次加载面模型在岩石中的初步应用

doi:10.13722/j.cnki.jrme.2015.0245

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摘要为模拟岩体工程在循环荷载作用下的变形特性及相应的稳定性，简要地介绍了次加载面的基本思想。为考虑岩石在三轴压缩状态下和在三轴拉伸状态下不同的强度特性，即应力角效应，在传统的Drucker-Prager屈服准则中引入一种角隅模型，从而形成了修正的Drucker-Prager屈服准则，基于该屈服准则，结合次加载面，提出适用于岩石循环加卸载的次加载面模型。通过参数敏感性分析，发现模型中参数u，C和的取值对反映岩石曼辛效应、棘轮效应的影响很大；为验证该模型的适用性和正确性，通过自编程序的数值模拟与岩石模型材料和玄武岩的循环荷载试验结果进行对比，结果表明该模型可以很好地描述岩石的动力变形特性，说明基于循环加卸载的次加载面模型可以运用到岩石中。

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关键词 ：岩石力学, 次加载面, 修正的Drucker-Prager, 角隅模型, 循环加卸载

Abstract：To simulate the deformation behavior and the stability of rock mass under cyclic loading，the basic idea of subloading surface was presented. Considering the strength characteristics of rock under triaxial compression and under triaxial tension being different，i.e.，the lode angle effect，a corner model was introduced into the traditional Drucker-Prager yield criterion to form a modified Drucker-Prager yield criterion. Based on the yield criterion，a subloading surface model for the rock under cyclic loading based on the theory of subloading surface was proposed. Through the analysis of parameter sensitivity，it was found that three parameters including u，C and of the model had a significant impact on Masing reaction and the ratchet effect of rock. To verify the applicability and validity of the model，a comparison between the simulation and the cyclic loading tests on the model material of rock and basalt was carried out. The results showed that the model described well the dynamic deformation characteristics of rock，indicating that the subloading surface model under cyclic loading was applicable to rock.

Key words： rock mechanics subloading surface modified Drucker-Prager corner model cyclic loading

引用本文:

周永强，盛谦，冷先伦，朱泽奇，付晓东. 基于循环加卸载的次加载面模型在岩石中的初步应用[J]. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(10): 2073-2082.
ZHOU Yongqiang，SHENG Qian，LENG Xianlun，ZHU Zeqi，FU Xiaodong. PRELIMINARY APPLICATION OF SUBLOADING SURFACE TO CYCLIC PLASTIC MODEL FOR ROCK UNDER CYCLIC LOADING. , 2015, 34(10): 2073-2082.

链接本文:

http://www.rockmech.org/CN/10.13722/j.cnki.jrme.2015.0245 或 http://www.rockmech.org/CN/Y2015/V34/I10/2073

[1]	刘建峰，徐进，李青松，等. 循环荷载下岩石阻尼参数测试的试验研究[J]. 岩石力学与工程学报，2010，29(5)：1 036-1 041.(LIU Jianfeng，XU Jin，LI Qingsong，et al. Experimental research on damping parameters of rock under cyclic loading[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2010，29(5)：1 036-1 041.(in Chinese)) " target="_blank">
[4]	陈运平，王思敬. 多级循环荷载下饱和岩石的弹塑性响应[J]. 岩土力学，2010，31(4)：1 030-1 034.(CHEN Yunping，WANG Sijing. Elastoplastic response of saturated rocks subjected to multilevel cyclic loading[J]. Rock and Soil Mechanics，2010，31(4)：1 030-1 034.(in Chinese))
[5]	陈运平，席道瑛，薛彦伟. 循环荷载下饱和岩石的滞后和衰减[J]. 地球物理学报，2004，47(4)：672-679.(CHEN Yunping，XI Daoying，XUE Yanwei. Hysteresis and attenuation of saturated rocks under cyclic loading[J]. Chinese Journal of Geophysics，2004，47(4)：672-679.(in Chinese))
[8]	张媛，许江，杨红伟，等. 循环荷载作用下围压对砂岩滞回环演化规律的影响[J]. 岩石力学与工程学报，2011，30(2)：320-326. (ZHANG Yuan，XU Jiang，YANG Hongwei，et al. Effect of confining pressure on evolution law of hysteresis loop of sandstone under cyclic loading[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2011，30(2)：320-326.(in Chinese))
[12]	朱明礼，朱珍德，李刚，等. 循环荷载作用下花岗岩动力特性试验研究[J]. 岩石力学与工程学报，2009，28(12)：2 520-2 526.(ZHU Mingli，ZHU Zhende，LI Gang，et al. Experimental study of dynamic characteristics of granite under cyclic loading[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2009，28(12)：2 520-2 526.(in Chinese))
[13]	马林建，刘新宇，许宏发，等. 循环荷载作用下盐岩三轴变形和强度特性试验研究[J]. 岩石力学与工程学报，2013，32(4)：849-856. (MA Linjian，LIU Xinyu，XU Hongfa，et al. Deformation and strength properties of rock salt subjected to triaxial compression with cyclic loading[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2013，32(4)：849-856.(in Chinese))
[14]	曹文贵，赵衡，张玲，等. 恒应变率下的岩石三轴动态变形过程模拟方法[J]. 岩土工程学报，2010，32(11)：1 658-1 664.(CAO Wengui，ZHAO Heng，ZHANG Ling，et al. Simulation method of dynamic triaxial deformation process for rock under invariable strain rate[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2010，32(11)： 1 658-1 664.(in Chinese))
[15]	刘红岩，吕淑然，张力民. 基于组合模型法的贯通节理岩体动态损伤本构模型[J]. 岩土工程学报，2014，36(10)：1 814-1 821.(LIU Hongyan，LÜ Shuran，ZHANG Limin. Dynamic damage constitutive model for persistent jointed rock mass based on combination model method[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2014，36(10)：1 814-1 821.(in Chinese))
[18]	孙道远，温丹，施行觉. 岩石非弹性特性的内时理论模型[J]. 实验力学，2004，19(3)：292-300.(SUN Daoyuan，WEN Dan，SHI Xingjue. An endochronic model for anelasticity in rock[J]. Journal of Experimental Mechanics，2004，19(3)：292-300.(in Chinese))
[19]	陈运平，刘干斌，姚海林. 岩石滞后非线性弹性模拟的研究[J]. 岩土力学，2006，27(3)：341-347.(CHEN Yunping，LIU Ganbin，YAO Hailin. Study on simulation for hysteretic nonlinear elasticity of rock[J]. Rock and Soil Mechanics，2006，27(3)：341-347.(in Chinese))
[20]	易良坤，席道瑛，刘小燕. 孔隙介质热驰豫激活波动理论[J]. 岩石力学与工程学报，2003，22(5)：803-806.(YI Liangkun，XI Daoying，LIU Xiaoyan. Thermal attenuation reactivated wave theory in porous media[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2003，22(5)：803-806.(in Chinese))
[21]	HASHIGUCHI K，TSUTSUMI S. Elastoplastic constitutive equation with tangential stress rate effect[J]. International Journal of Plasticity，2001，17：117-145. " target="_blank">
[24]	TSUTSUMI A S，HASHIGUCHI K. General non-proportional loading behavior of soils[J]. International Journal of Plasticity，2005，21： 1 941-1 969. " target="_blank">
[25]	孔亮，花丽坤，王燕昌. 次加载面理论及其在土体循环塑性模型中的应用[J]. 宁夏大学学报：自然科学版，2003，24(1)：50-56. (KONG Liang，HUA Likun，WANG Yanchang. The subloading surface theory and its application to the cyclic plastic model for soil[J]. Journal of Ningxia University：Natural Science，2003，24(1)：50-56.(in Chinese))
[2]	刘建锋，谢和平，徐进，等. 循环荷载作用下岩石阻尼特性的试验研究[J]. 岩石力学与工程学报，2008，27(4)：712-717.(LIU Jianfeng，XIE Heping，XU Jin，et al. Experimental study on damping characteristics of rock under cyclic loading[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27(4)：712-717.(in Chinese))
[3]	刘建锋，谢和平，徐进，等. 循环荷载下岩石变形参数和阻尼参数探讨[J]. 岩石力学与工程学报，2012，31(4)：770-777.(LIU Jianfeng，XIE Heping，XU Jin，et al. Discussion on deformation and damping parameters of rock under cyclic loading[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2012，31(4)：770-777.(in Chinese))
[6]	陈运平，王思敬，王恩志. 岩石应力-应变滞后现象的定量研究[J]. 岩石力学与工程学报，2007，26(增2)：4 066-4 073.(CHEN Yunping，WANG Sijing，WANG Enzhi. Quantitative study on stress- strain hysteretic behaviors in rocks[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2007，26(Supp.2)：4 066-4 073.(in Chinese)) " target="_blank">
[10]	肖建清，丁德馨，徐根，等. 常幅循环荷载下岩石的变形特性[J]. 中南大学学报：自然科学版，2010，41(2)：685-691.(XIAO Jianqing，DING Dexin，XU Gen，et al. Deformation characteristics of rock under constant amplitude cyclic loading[J]. Journal of Central South University：Science and Technology，2010，41(2)：685-691.(in Chinese))
[17]	莫海鸿. 岩石的循环试验及本构关系的研究[J]. 岩石力学与工程学报，1988，7(3)：215-224.(MO Haihong. Investigation of cyclic loading tests and constitutive relation of rock[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，1988，7(3)：215-224.(in Chinese))
[23]	HASHIGUCHI K，OKAYASU T，SAITOH K. Rate-dependent inelastic constitutive equation：the extension of elastoplasticity[J]. International Journal of Plasticity，2005，21：463-491. " target="_blank">
[26]	孔亮，郑颖人，姚仰平. 基于广义塑性力学的土体次加载面循环塑性模型(I)：理论与模型[J]. 岩土力学，2003，24(2)：141-145. (KONG Liang，ZHENG Yingren，YAO Yangping. Subloading surface cyclic plastic model for soil based on Generalized plasticity(I)：Theory and model[J]. Rock and Soil Mechanics，2003，24(2)：141-145.(in Chinese)) " target="_blank">
[27]	孔亮，郑颖人，姚仰平. 基于广义塑性力学的土体次加载面循环塑性模型(II)：理论与模型[J]. 岩土力学，2003，24(3)：349-354. (KONG Liang，ZHENG Yingren，YAO Yangping. Subloading surface cyclic plastic model for soil based on Generalized plasticity(II)：Theory and model[J]. Rock and Soil Mechanics，2003，24(3)：349-354.(in Chinese)) " target="_blank">
[29]	徐舜华，郑刚，刘富勤. 砂土的次加载面动本构模型[J]. 武汉理工大学学报，2010，32(1)：152-157.(XU Shunhua，ZHENG Gang，LIU Fuqin. Subloading surface constitutive model of sands[J]. Journal of Wuhan University of Technology，2010，32(1)：152-157.(in Chinese))
[30]	于雷，王建华. 修正的饱和黏土次加载面模型[J]. 低温建筑技术，2014，(1)：93-96.(YU Lei，WANG Jianhua. A subloading surface model for cyclic behavior of saturated clay[J]. Low Temperature Architecture Technology，2014，(1)：93-96.(in Chinese))
[33]	郑颖人，沈珠江，龚晓南. 广义塑性力学——岩土塑性力学原理[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2011：63-91.(ZHENG Yinren，SHEN Zhujiang，GONG Xiaonan. The generalized plastic mechanics—geotechnical plastic mechanics principle[M]. Beijing：China Architecture and Building Press，2011：63-91.(in Chinese)) " target="_blank">
[35]	白冰，李小春，石露，等. 基于虚强度参数的塑性硬化模式[J]. 长江科学院院报，2012，29(8)：24-28.(BAI Bing，LI Xiaochun，SHI Lu，et al. A plastic hardening mode based on virtual strength parameters[J]. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2012，29(8)：24-28.(in Chinese))
[7]	许江，尹光志，王鸿，等. 不同应力水平时砂岩滞回曲线演化的实验研究[J]. 重庆建筑大学学报，2006，28(2)：40-42.(XU Jiang，YIN Guangzhi，WANG Hong，et al. Experimental research on the evolution of hysteresis curve of rock in different axial stress levels[J]. Journal of Chongqing Jianzhu University，2006，28(2)：40-42.(in Chinese))
[9]	韩犇，刘平. 循环荷载作用下岩石疲劳变形及特性试验研究[J]. 土工基础，2013，27(6)：131-133.(HAN Ben，LIU Ping. Experimental study of the fatigue deformation of rock samples under cyclic loadings[J]. Soil Engineering and Foundation，2013，27(6)：131-133. (in Chinese))
[11]	朱珍德，孙林柱，王明洋. 不同频率循环荷载作用下岩石阻尼比试验与变形破坏机制细观分析[J]. 岩土力学，2010，31(增1)：8-12. (ZHU Zhende，SUN Linzhu，WANG Mingyang. Damping ratio experiment and mesomechanical analysis of deformation failure mechanism on rock under different frequency cyclic loadings[J]. Rock and Soil Mechanics，2010，31(Supp.1)：8-12.(in Chinese))
[16]	刘恩龙，张建海，何思明，等. 循环荷载作用下岩石的二元介质模型[J]. 重庆理工大学学报：自然科学，2013，27(9)：6-11.(LIU Enlong，ZHANG Jianhai，HE Siming，et al. Binary medium model of rock subjected to cyclic loading[J]. Journal of Chongqing University of Technology：Natural Science，2013，27(9)：6-11.(in Chinese))
[22]	HASHIGUCHI K. Generalized plastic flow rule[J]. International Journal of Plasticity，2005，21：321-351. " target="_blank">
[31]	马晓丽. 循环加载条件下混凝土的次加载面模型的研究[硕士学位论文][D]. 北京：北京交通大学，2012.(MA Xiaoli. Subloading surface model for concrete under cyclic loading conditions[M. S. Thesis][D]. Beijing：Beijing Jiaotong University，2012.(in Chinese)) " target="_blank">
[32]	伍大鹏. 混凝土在循环荷载作用下的次加载面模型[硕士学位论文][D]. 北京：北京交通大学，2012.(WU Dapeng. The sub-loading surface model of concrete under cyclic loading[M. S. Thesis][D]. Beijing：Beijing Jiaotong University，2012.(in Chinese)) " target="_blank">
[36]	AUBERTIN M，LI L，SIMON R，et al. Formulation and application of a short-term strength criterion for isotropic rocks[J]. Canadian Geotechnical Journal，1999，36(5)：947-960. " target="_blank">
[37]	TAKAHASHI M，KOIDE H. Effect of the intermediate principal stress on strength and deformation behavior of sedimentary rocks at the depth shallower than 2 000 m[C]// Proceedings of Rock at Great Depth. Rotterdam：Balkema，1989：19-26. " target="_blank">
[28]	黄杰，李持庆. 超固结土塑性次加载面模型的数值实施及应用[J]. 水利与建筑工程学报，2012，10(6)：40-43.(HUANG Jie，LI Chiqing. Numerical implementation and application of plastic sub-loading surface model for over-consolidated soils[J]. Journal of Water Resources and Architectural Engineering，2012，10(6)：40-43.(in Chinese))
[34]	HASHIGUCHI K. Elastoplasticity theory[M]. 2nd ed. Berlin Heidelberg：Springer，2014：214-215. " target="_blank">
[38]	MOGI K. Fracture and flow of rocks under high triaxial compression[J]. Journal of Geophysical Research Atmospheres，1971，76(5)：1 255-1 269. " target="_blank">
[39]	高延法，陶振宇. 岩石强度准则的真三轴压力试验与分析[J]. 岩土工程学报，1993，15(4)：26-32.(GAO Yanfa，TAO Zhenyu. True triaxial tests and analyses of rock strength criteria[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，1993，15(4)：26-32.(in Chinese))