地下洞室岩石损伤软化模型及数值模拟研究文献综述

文献综述（或调研报告）：

近年来，国内外众多学者对于不同尺度下的岩体材料进行了大量研究，主要包括多尺度下岩石损伤特征的合理表征，地下洞室跨尺度损伤演化过程的模拟和地下工程围岩稳定性和受力特性方面的研究以及基于有限元软件进行的地下洞室数值模拟方面的研究，取得了丰硕的成果。接下来对岩石损伤和地下洞室的研究现状进行归纳总结。

1. 多尺度下岩石损伤特征的多种表征

研究多尺度下的岩石损伤特征及其表征有助于反映细力学观损伤和破坏机理机制的宏观本构关系，相较于在传统宏观的角度下研究岩石损伤特征具有明显的优势，而岩石多尺度研究也具有着广阔的工程应用前景。因此，吸引了国内外写着广泛的关注。

1938年，Taylor^[1]最先提出了不考虑微缺陷间相互作用的非相互作用方法，直到80年代，多尺度下研究岩体等工程材料的方法开始迎来真正的发展。1995年，李广平等^[2]提出了真三轴条件下的岩石细观损伤力学模型，建立了岩石的损伤演化模型。2003年，Z.Mroacute;z等^[3]介绍了强度理论中线性及非线性分析方法，以及相应方法评估结构在损伤演化和弹塑性范围的裂纹扩展等中的极限状态；2005年，Y.L. Bai等^[4]阐明了多时空尺度耦合现象的研究在现象特征化的过程中各种困难，认为包含连续力学和微观损伤演化相关方程的稳态细观力学对于跨尺度损伤演化是一种可行的方法；同年，G. I. BARENBLATT等^[5]给出了尺度律的一般分类，介绍和讨论了现代相似性分析的基本概念而尺度变换和不完全相似对结构强度多尺度模型和工程科学的研究具有决定性作用。2006年，张平等^[6]建立了能够反映岩石介质材料软化和硬化过程的局部渐进破损模型。2013年，张吉宏等[7]针对岩体损伤，提出了综合考虑了宏微观损伤后的节理岩体本构模型。2014年，郭运华[8]基于多层次非平衡统计理论，从宏观层面和细观层面上探讨了岩石损伤，建立了岩石张拉损伤模型。2015年，张慧梅等[9]证明了岩石损伤细观上表现为原始微裂纹的扩展贯通,其宏观力学特性取决于岩石内部的细观力学响应。2016年，李晓照[10]基于脆性岩石的细观力学特性的研究建立了压应力作用下脆性岩石的宏观力学特性与细观裂纹扩展之间的关系。2018年，陈松等[11]基于 Mohr-Coulomb 强度准则，推导出岩石微元强度服用Weibull分布时的细观损伤变量，利用能量和断裂力学理论推导出宏观损伤变量计算公式。

1. 地下洞室跨尺度损伤演化模拟

2005年，Feng Rong等[12]提出了一种自适应网格细化的有限元分析算法，实现了自适应意外元素，再现了非均匀脆性介质中损伤和破裂的一系列特征；同年，孙宾等[13]提出了一种可以用于模混凝土结构从细观损伤演化到结构破坏的跨尺度过程的多尺度综合建模与计算方法。2011年，项吕等[14]建立的断裂损伤模型以损伤及断裂力学原理为基础在FLAC3D软件的框架下开发子程序,地下洞室群围岩塑性区、损伤演化区和位移规律。2014年，刘冬桥[15]针对岩石本构关系，通过岩石单轴、常规三轴压缩试验，建立了能准确描述岩石变性过程中各阶段损伤演化规律的模型。2015年，王军祥等[16]基于Lemaitre等向硬化弹塑性损伤耦合本构模型，较好地模拟了韧性材料的破坏发展过程,可以求解类似的有限元边界值问题,为考虑损伤特性的韧性材料结构研究和设计奠定基础。2016年，温韬等[17]提出了损伤材料与因材料损伤而变化的微缺陷之间的影响因子gamma;，通过岩石微观受力分析,建立了考虑损伤阈值影响的岩石损伤统计本构模型,并提出确定分布参数的方法。同年，谭义欣[18]采用ABAQUS有限元软件提供的Mohr-Coulomb屈服模型，针对硬岩地下洞室开挖后的动态变化过程进行了围岩稳定性数值模拟分析。2018年，谢璨[19]针对裂隙岩体变形破坏过程建立了裂隙岩体非线性宏-细观耦合分析模型,开发了耦合区域的程序代码,模拟了裂隙岩体的渐进破坏过程。

参考文献

1. Taylor G I，J.Inst. Metals, 62 (1938) ：307
2. 李广平.拉伸荷载作用下岩石的细观损伤力学模型[J].岩土力学,1995(01):54-62.
3. Z. Mroacute;z, 2.01 Strength Theories, Comprehensive Structural Integrity, Volume 2: Fundamental Theories and Mechanisms of Failure Pages 1-46.
4. Y. L. Bai,et al, Statistical Mesomechanics of Solid,Linking Coupled Multiple Space and Time Scale，Applied Mechanics Reviews, 2005, 58: 372~388.
5. GI Barenblatt, Scaling phenomena in fatigue and fracture,International Journal of Fracture, 138, 2006:19–35.
6. 张平,李宁,贺若兰. 含裂隙类岩石材料的局部化渐进破损模型研究[J].岩石力学与工程学报,2006(10):2043-2050.
7. 张吉宏. 综合考虑宏细观缺陷的岩体损伤本构模型及破坏机理研究[D].长安大学,2014.
8. 郭运华. 岩石破裂过程的统计损伤模型及裂隙岩体渐进破坏数值模拟[D].山东:山东大学,2014.
9. 张慧梅,雷利娜,杨更社.等围压条件下岩石本构模型及损伤特性[J].中国矿业大学学报,2015,44(01):59-63.
10. 李晓照. 基于细观力学的脆性岩石渐进及蠕变失效特性研究[D].西安建筑科技大学,2016.
11. 陈松,乔春生,叶青,等. 基于摩尔-库仑准则的断续节理岩体复合损伤本构模型[J].岩土力学,2018, 39(10):3612-3622.
12. Feng R, Xia MF, Ke FJ, Bai YL. Adaptive mesh refinement FEM for damage evolution of heterogeneous brittle media. Modelling and simulation in materials science and engineering 2005; 13: 771–782.
13. Bin Sun，Zhaoxia Li. Adaptive image-based method for integrated multi-scale modeling of damage evolution in heterogeneous concrete. Computers amp; Structures, 152, 2015: 66-81.
14. 项吕,朱维申,马庆松,张乾兵.双江口工程地下洞室群围岩损伤及稳定性研究[J].岩土力学,2011,32(S2):551-555 561.
15. 刘冬桥. 岩石损伤本构模型及变形破坏过程的混沌特征研究[D].中国矿业大学（北京）,2014.
16. 王军祥,姜谙男. Lemaitre 等向硬化弹塑性损伤耦合本构模型积分算法及程序实现[J].工程力学,2015, 32(02):12-19 30.
17. 温韬,唐辉明,刘佑荣,邹宗兴,王康,林成远.影响因子修正的新型岩石损伤统计本构模型[J].中国矿业大学学报,2016,45(01):141-149.
18. 谭义欣. 基于ABAQUS的大型地下洞室围岩稳定性分析[D].东华理工大学,2016.
19. 谢璨,李树忱,平洋,李景龙,李术才.峰后裂隙岩石非线性损伤特性与数值模拟研究[J].岩土力学,2017,38(07):2128-2136.