第1章绪 论
1.1研究背景与意义
目前，随着我国基础设施的大规模建设和西部大开发的不断推进，铁路、公路、大型水利水电、西气东输、南水北调等项目大都涉及到复杂的岩土工程，岩土结构已经大量存在于水利水电、矿山、铁路、公路、土木等工程，岩土结构的变形计算与分析巳成为各类结构工程设计过程中不可或缺的重要组成部分。由于岩土结构的复杂性和广泛性，岩土力学的研究内容必然呈现出复杂性和广泛性。从工程实际的角度出发，岩土变形过程的研究一直是岩土力学最为重要、最为核心的问题。因此，进行岩土变形全过程的模拟研究即岩土本构模型的研究，对岩土力学的理论研究及岩土工程实际具有重要的指导意义。近些年来，损伤力学逐渐发展成为一种新的力学体系，由于其能更好的反映固体材料的本构关系，故广大岩土力学工作者对损伤力学进行了广泛的关注及研究。损伤力学的一些研究理论和主要的研究方法都比较符合岩土材料，但由于岩土具有复杂而特殊的力学性质，而损伤力学又是一门新兴的学科，它的一些思想和理论都很不成熟，将之引入岩土的本构模型研究中还有很多值得研究探讨的地方。怎样将损伤理论的合理思想与岩土的本构模型进行有机的结合，建立更合理的岩土变形全过程的统计损伤本构模型将是本文研究的核心问题。
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1.2岩土本构关系的试验研究现状
岩土的本构关系即岩土的应力一应变关系。它是岩土与岩土结构稳定性研究的基础，也是岩土力学的核心内容之一。岩土的本构关系受众多因素的影响，如岩土成分、应力状态、地质结构与构造等，因而岩土的本构关系是及其复杂。科学试验是岩土力学的重要研究手段之一，包括各类现场及模型试验，它不仅能测定岩土的物理力学参数，为工程实际提供第一手资料，而且能为岩土本构模型的理论分析研究提供客观依据。因此，利用现代测试技术进行岩土现场和室内试验被广大岩土工作者所采用，人类对岩土变形过程中的力学机理的认识也进一步得到提升。岩石试件的承载能力达到最大值后，岩石在外形虽然保持着整体状态，但其内部结构已经完全发生破坏。在这一阶段，裂纹迅速发展、贯通，形成宏观可视的破坏面。至此，试件变形主要表现为沿破裂面的滑移，而随着变形的不断增大，岩块的承载能力急剧下降，但并没有下降为零，表明完全破坏的岩石仍然具有一定的承载能力。以上讨论的岩块变形全过程曲线是一条典型化了的曲线，它反映了岩块变形的一般规律。但自然界中的岩石，因其矿物组成及结构构造的各不相同，所表现出来的应力一应变关系也各不相同。上述各阶段也未必明显，甚至不一定存在。由以上的讨论可以知道，岩块试件在荷载作用下由变形到破坏的全过程，是逐渐发展的一个过程，具有显著的阶段性。一般可以划分为两个阶段：峰值前阶段（或称前区），这个阶段可以反映岩块破坏前的变形特性；峰值后阶段（或称后区），这个阶段可以反映岩块破坏后的变形特性。目前对岩块峰值前阶段岩块变形特性的研究比较成熟，研究成果也比较多，而对于后区的变形特性研究则不够深入。
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第2章岩土变形机理与变形过程
2.1概述
岩土材料在荷载作用下，首先发生的物理现象是变形，根据构成岩土的矿物成分及矿物颗粒的结合方式，可表现为弹性或塑性变形。随着荷载的不断增加或在恒定荷载作用下，随时间其变形将逐渐增大，最终导致岩土材料的破坏。地下工程或采场周围岩土所表现出来的地压现象，就是地下工程或采场周围岩土变形与破坏的结果。因此，研究岩土的变形机理与变形过程对岩土工程实际有着重要的意义。建立可以模拟岩石应力-应变全过程的本构模型一直是岩土工程中研究的热点之一。首先，在深入探讨应变软化类岩石受力变形全过程每个阶段特征的基础上，并针对Lemaitre应变等价性理论的不足之处，基于更合理的假定建立出了能够反映应变软化类岩石体积变化以及峰后出现残余强度的新型损伤模型；然后，通过引入统计损伤理论并考虑损伤阈值对岩石变形过程的影响，建立出了能够模拟应变软化类岩石受力变形全过程的统计损伤本构模型，该模型还可以反映岩石的体积变化以及初始孔隙率对其变形过程的影响；最后，通过理论计算与试验结果及他人模型的对比分析，表明了该模型的合理性与可行性。
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2.2岩石变形机理与变形过程
类型I ：应力一应变曲线近于直线，直到试件发生突然破坏，曲线不发生明显弯曲，即近于线弹性变形特性。玄武岩、石英岩、辉绿岩、白云岩和非常坚硬的石灰岩等致密、坚硬的岩石表现出这种变形特性。
类型II:应力一应变曲线幵始为直线，当应力增大到一定的值后，曲线向下弯曲，其斜率随应力的增大而减小，直至试件发生破坏，即表现为弹塑性变形特性。石灰岩、粉砂岩、凝灰岩等一些致密但岩性较软的岩石表现出这种变形特性
类型III:应力一应变曲线开始上四，而后变为直线，直至破坏，称之为塑弹性变形特征。花岗岩、砂岩等具有孔隙和微裂隙的坚硬岩石反映出这种变形特性。应力一应变曲线开始段的上凹部分是孔隙和微裂隙压密的反映。
类型IV:应力一应变曲线呈S型，中部有一较陆并较长的直线段，两端曲线段较短，这种变形特征叫塑一弹一塑性特征。一些比较坚硬、致密的变质岩，如大理岩、片麻岩等表现出这种变形特征。
类型V:应力一应变曲线也呈S型，但与类型IV相比，直线段较短，斜率较小，两端曲线段较长。一般压缩性较高的岩石，如片麻岩在垂直片理方向受压时，表现出这种特征，也叫塑一弹一塑性特征。
类型VI:应力一应变曲线开始有一段直线，接着就是非弹性变形和连续的螺变，称之为弹一塑一螺变性特征。岩盐就具有这种变形特征。
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第3章岩石变形全过程统计损伤模拟方法研究..........34
3.1岩石应变软化变形破坏全过程特征..........34
3.2考虑体积变化及残余强度的新型岩石损伤模型..........35
3.3岩石统计损伤本构模型的建立..........36
3.4实例分析与讨论..........39
3.5本章小结..........42
第4章饱和土变形全过程统计损伤模拟方法研究..........43
4.1饱和土体损伤模型探讨..........43
4.2饱和土体损伤本构模型的建立..........45
4.3饱和土体损伤本构模型参数的确定..........47
4.4本章小结..........48
第5章饱和土的土工三轴试验..........49
5.1概述..........49
5.2试验介绍..........49
5.2.1试验仪器..........50
5.2.2试件准备..........50
5.3试验步骤..........52
5.3.1不固结不排水试验步骤..........52
5.3.2固结不排水试验步骤..........52
5.4不固结不排水饱和土损伤本构模型验证..........54
5.5固结不排水饱和土损伤本构模型验证..........56
5.6本章小结..........58
第5章饱和土的土工三轴试验
5.1概述
实际工程中，土体一般处于三向压力状态，因此研究土在三向压力下的变形全过程将具有重要的实际工程意义。多年来，三轴压缩试验一直是认识土在复杂应力状态下的力学性质的主要手段，也是建立强度理论的主要试验依据。在进行三轴压缩试验时，一般是让试样在保持在某一周围压力的情况下，使轴向压力逐渐增大，直至试样发生剪切破坏，它是以摩尔一库仓强度理论为依据而设计的三向加压的剪切试验。本章针对一般粘性饱和土进行了土的不固结不排水及固结不排水实验，得到饱和土应力应变曲线，并对之加以分析，得到饱和粘性土的一些力学性质。同时对前文所建立的饱和土统计损伤本构模型进行验证。
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结论
进行岩土变形全过程的模拟研究即岩土本构模型的研究，对岩土力学的理论研究及岩土工程实际具有重要的指导意义。近些年发展起来的统计损伤理论为岩土变形全过程的模拟研究提供了一条很好的研究方向和思路。但是，由统计损伤理论建立的岩土本构模型也存在其不足及局限性，其一，不能反映岩土完全损伤后的承载能力特征；其二，不能反映岩石材料变形过程中的体积变化特征。为此，本文在前人的研究成果的基础之上，从岩土变形全过程特点及变形力学机理研究入手，针对现有岩土统计损伤本构模型的局限性与不足，对岩土损伤模型展开深入的研究，本文主要取得了如下成果和结论：本文通过深入探讨了岩土材料的变形机理及其变形过程，认为岩土的体积变化大小和它所承受的荷载大小及其变形参数密切相关这一结论。本文在深入探讨应变软化类岩石受力变形全过程每个阶段特征的基础上，并针对Lemaitre应变等价性理论的不足之处，基于更合理的假定，建立出了能够反映应变软化类岩石体积变化以及峰后出现残余强度的新型损伤模型。
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参考文献（略）