[科普中国]-岩石损伤理论

岩石损伤理论(damage theory of rock)是指用损伤力掌研究岩石材料的力学行为的理论。岩体并非理想的连续介质，但也不是离散介质，岩体中有大量的微裂隙，属于一种多孔隙介质。

简介岩石损伤理论(damage theory of rock)是指用损伤力掌研究岩石材料的力学行为的理论。岩体并非理想的连续介质，但也不是离散介质，岩体中有大量的微裂隙，属于一种多孔隙介质。

危害岩体中微裂隙的发生、扩展和汇合、贯通，对岩体的力学性能都有明显的影响，尤其在岩体破裂前后，其行为十分复杂，不仅不能用经典的弹性力学、塑性力学，甚至也无法用岩石断裂理论进行分析。

阶段岩石中的微孔隙是在地质运动中生成的，岩石是一种自然损伤材料。从岩石单轴压缩试验可看出，其破坏全过程一般可分为5个阶段：

①非线性压密；

②线弹性；

③微裂纹稳定扩展；

④非线性变形破坏；

⑤残余强度1。

损伤的表现形式这说明岩石存在大量微孔隙、微裂纹，因而受载初期可能被压密实，进而经过一段线弹性阶段后，将发生明显的非弹性变形，这是微孔隙、微裂纹压密后重新张开和扩展, 并产生了新的微孔隙、微裂纹，以及微裂纹的摩擦滑移所致。微裂纹的扩展和汇集，最终将导致破裂。此外，还可看出岩石具有明显的软化效应和体积膨胀效应，但宏观塑性效应十分微弱。

当岩体中裂隙尺寸远小于岩体结构尺寸，可忽略不计时，岩体可近似看作各向同性或各向异性的连续体，从而可用连续损伤介质力学研究此类岩体。即可认为只有弹性损伤，损伤的主体在轴向，损伤演变可用应力、应变状态的函数描述。

当岩体中裂隙尺寸相对较大、甚至有相当大规模的如节理，断层等不连续面时，连续损伤模型已不能适用，而可以采用几何损伤理论进行分析。在假定裂缝都是平面裂缝或节理面是平面以及岩体是由许多无损岩石块所组成、裂缝存在于各岩石块的边界上、并沿着边界、不会延伸到岩石块内部的前提下，通过损伤张量的计算得到净应力张量，再建立增量形式的损伤演变方程进行损伤计算。

特性流变是岩石的重要力学特性之一，在岩石的流变过程中，不仅存在流变变形。也会引起损伤，即螨变损伤。岩石的蠕变损伤是连续损伤，因而可用连续损伤理论及相应的损伤演变力程， 但必须反映蠕变的非线性过程及速率变化的影响，即蠕变的力学模型。

模型分析岩石蠕变损伤可采用的蠕变力学模型有广义开尔文( Kelvin) 模型、麦克斯韦 (Maxwell)模型、鲍格斯(Burgers) 模型、西原模型等，由这些模型都可进而建立相应的岩石蠕变损伤演变方程，并进行损伤计算(参见徐变力学)2。

本词条内容贡献者为:

周敏 - 副教授 - 西南大学