岩土应变损伤变量测度研究
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第 41 卷 第 1 期 煤田地质与勘探 Vol. 41 No.1
2013 年 2 月
COAL GEOLOGY & EXPLORATION
Feb. 2013
收稿日期:
2012-02-15
作者简介:
王以明(1976—)，男，河北故城人，硕士，讲师，从事道路桥梁工程的研究与教学工作.
文章编号: 1001-1986(2013)01-0054-04
岩土应变损伤变量测度研究
王以明
1
，周亦涛
1
，周庆东
2
，杜西岗
1
(1. 河北工程技术高等专科学校交通工程系，河北 沧州 061001；
2. 天津铁路职业技术学院，天津 300240)
摘要: 岩土材料变形破坏损伤测度关系到其稳定性计算结果的可靠性。在考虑了现有岩土损伤模
型不完备性的基础上，分析了岩土材料的损伤值存在上限 1 的非可达性，提出了以应变对线弹性
本构曲线的偏离量(差应变)与应变的比值作为损伤量度的方法。根据试验结果进行计算分析表明，
其可对初始损伤和临界损伤进行准确计算。同时，根据岩石脆性破坏试验，指出岩石在由弹性阶
段向非弹性阶段过渡时存在材料损伤度的陡增区间，其与岩石材料内部微裂纹的扩展与相互屏蔽
作用有关，在这个区间岩石的应变和损伤会出现局部化集中。
关 键 词：损伤力学；损伤测度；损伤准则
中图分类号：TU45 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2013.01.011
Variable measure of strain damage of geotechnical materials
WANG Yiming
1
, ZHOU Yitao
1
, ZHOU Qingdong
2
, DU Xigang
1
(1. Department of Transportation Engineering, Hebei Engineering and Technical College, Cangzhou 061001, China；
2. Tianjin Railway Technical and Vocational College, Tianjin 300240, China)
Abstract: The measure of deformation, failure and damage of geotechnical materials concerns the reliability of
calculation results. Considering the incompleteness of damage model, it is proposed that the ratio of strain devia-
tion of the linear elastic strain to strain could be used as the damage value. The analysis and calculation results of
experiment indicate that the method can calculate preciously the initial and limit damage. On the same time, on the
basis of brittle failure test of rocks, it is pointed out that there exists an interval of sudden increase of damage in
transition from elastic stage to non-elastic stage of materials, which is related to the extension and mutual blinding
of micro-cracks in rock materials. In this interval the strain and damage in rocks may be locally concentrated.
Key words: damage mechanisms; damage measure; failure rule
1958 年 Kachanov 提出“连续度”概念时至今
日，损伤力学已经有了极大发展。损伤力学对于岩
土工程界来说是一个新兴的热点问题
[1-13]
，目前已
有众多的研究学者进行了相关研究，将一系列的研
究成果用之于实践，在这其中，关于损伤和断裂、
蠕变的研究更多的引起了学者专家的关注
[14-24]
。
当前损伤对岩石本构关系的影响越来越受到重
视。Dragon、Krajciovic 和 Costin 等是岩石材料损伤
的最早奠基人。谢和平
[18]
研究了岩石与混凝土损伤
行为。任建喜
[19-21]
用自己研制的 CT 对岩石蠕变的
损伤进行了细观分析。陈有亮
[22]
进行了蠕变断裂的
试验研究。朱维申
[23]
提出采用所建立的损伤力学和
粘弹-粘塑性流变模型，对三峡船闸进行了损伤流变
分析。韦立德
[24]
提出建立岩石粘弹塑性本构关系，
并讨论了瞬时损伤对岩石流变的影响和相应的损伤
蠕变模型的建模问题。但就总体上来说，岩土损伤
力学仍处于形成和发展之中。
本文分析了岩土材料损伤值的测度问题，提出
了关于损伤量度的应变值测度法，同时分析了损伤
演化行为的阶段性特征。
1 岩土力学中损伤值的量度
目前在岩土工程界采用最多的是基于统计的损
伤研究
[1,4-11]
。岩土材料的微元在外部荷载作用下的
破坏是随机的，记已经破坏的微元占微元总体的比
例为损伤变量 D。假设初始损伤为 D
0
，未破坏微元
的破坏和应力-应变状态有关，记其损伤量为 D
d
；
损伤变量 D 的取值范围为 0~1。微元强度准则为
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