有资料表明,总体上岩石的强度随深度的增加而有所提高。如有的矿区从深度小于60 m变化到800~1000m时,强度为21~40 MPa的岩石所占的比重从30 %减少到24 %,而强度为81~100MPa的岩石的比重则从5.5%增加到24.5%,并且岩石更脆,更容易发生岩爆。如果说浅部岩石强度理论是以摩尔-库仑(Mohr-Coulomb)强度准则的线性破坏准则为主的话,那么深部高地应力下岩石强度则更多地采用了非线性强度准则。Hoek和Brown通过大量岩石试验和现场监测提出了著名的经验强度准则,即Hoek-Brown强度准则,该准则充分考虑了高地应力和岩体结构对强度的影响,已在岩石边坡工程和地下工程中得到了广泛应用。考虑到变形方面效果不甚理想,为此,应从高地应力下岩石本身力学指标(变形参数和强度参数)变化的微细观角度入手,研究能反映岩石在高地应力条件下的非线性变形特性和破坏特征的本构关系,这具有一定的理论价值和工程意义了。岩石本构模型和强度准则是进行岩石力学分析、数值模拟研究的基础和出发点。岩石本构模型由最早建立在弹性理论基础上的一般理论,逐渐发展到建立在弹塑性理论、损伤力学理论、断裂力学理论、复合材料力学理论和离散力学理论等基础上的众多岩石力学模型。为了尽可能准确地反映客观多变且含多不确定性的岩体力学性质,研究人员建立了各种不同的本构模型。概括来讲,这些模型可以分为两大类:宏观唯象模型和微细观分布断裂力学模型。前者包括弹性本构关系、弹塑性本构关系和损伤力学模型,后者包括断裂力学理论模型、损伤断裂力学理论模型和离散力学模型。由于微细观分布断裂力学模型中通常含有大量的待定参数,且这些参数难以通过常规的岩石力学试验确定,故此类模型难以在实际工程中推广使用。而基于损伤力学的宏观唯象模型有两个难点,即损伤变量的选择和损伤演化方程的建立,至今尚未得到解决,加上模型存在明显的尺寸效应,由此获得的本构关系至少需经过物理模型试验的检验才能对其可信性进行评价。因此,在各种已有的岩石本构模型中,发展最完善、应用最广泛的是建立在现代塑性理论基础上的弹塑性本构模型,它是根据岩石的应力-应变关系建立本构模型,然后采取与材料相适应的强度准则来求解,强度准则的主要作用是作为进行应力迁移的判断依据。(www.xing528.com)
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