基于应变能的岩石黏弹塑性损伤耦合蠕变本构模型及应用

姜鹏¹，潘鹏志^2,3，赵善坤⁴，吴振华^2,3，陈刚¹

1. 武汉理工大学理学院2. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室3. 中国科学院大学4. 煤炭科学技术研究院有限公司安全分院

摘 要：在Perzyna黏弹塑性理论的基础上,引入基于应变能理论的岩石细观单元强度损伤模型,同时考虑岩石蠕变过程中蠕变速率随时间变化的特性,构建了能描述岩石从初始蠕变、稳定蠕变到非线性加速蠕变整个蠕变过程的细观黏弹塑性损伤耦合蠕变本构模型,并将该模型嵌入到三维弹塑性细胞自动机模拟系统(EPCA3D)中,通过实验数据验证该模型的正确性。应用该模型进行不同轴向应力、不同围压和不同均质度系数条件下的单、三轴压缩蠕变过程数值实验,结果表明:(1)轴向应力提高增加了蠕变速率,因此减少了蠕变失效时间;(2)围压和均质度系数的增加降低了蠕变速率并增加了蠕变失效时间,较好的再现了典型的实验现象。将该模型用于解释煤矿中"蠕变型"冲击地压的力学机理,较好的反映了煤矿巷道开挖后弹性应变能累积,围岩经历稳定蠕变和加速蠕变的损伤破坏过程,可为岩体工程的长期稳定性研究提供分析工具。

关键词：岩石力学;应变能;黏弹塑性损伤耦合;蠕变;冲击地压;