湿度场与围压耦合作用下基于Weibull分布的岩石损伤本构模型研究

在地基开挖、地铁施工等地下工程中，岩石常常受到湿度场–围压耦合作用。耦合作用会加剧岩石内部损伤，对于损伤本构模型的研究可以进一步揭示岩石损伤机理。目前对于在湿度场–围压耦合作用下岩石的损伤本构模型研究尚不完善。本文基于Lemaitre应变等价性假设理论和SMP准则，引入双参数的Weibull分布，对岩石微元强度进行修正，建立了湿度场–围压耦合作用下的岩石损伤本构模型。然后，采用极值法得出所需的本构模型参数。对灰质泥岩的峰值应力和峰值应变进行理论与试验曲线对比研究，提出的理论模型表现出较好的吻合度，验证了该本构模型及参数的合理性以及适用性。本研究对软岩的损伤模型研究提供了参考，有一定的工程实用性和指导性。

在不同的含水地层，岩石在地应力、孔隙水压力等各种复杂的环境作用下，会发生水化反应。岩石在受到这些外部条件的影响下会产生变形，出现微小孔隙，进而产生裂纹，颗粒间的胶结物被水化作用破坏，使得岩石不断产生损伤或者破坏。水—力耦合在岩石损伤研究中一直是一个重点、热点问题。因此，对于岩石损伤研究的本质就是通过建立损伤模型进行理论和试验验证，反映岩石的力学特性和演化规律。

连续介质力学、损伤力学和材料力学、岩土力学等是研究岩石复杂力学行为及变形特征的理论基础， 将统计学和物理学统一起来，可以作为连接连续介质力学、损伤力学和材料力学的桥梁。作为媒介，岩石损伤演化过程可以用统计方法和模型来描述其演化规律。大量研究表明，统计损伤本构模型已广泛应用于岩石损伤的分析和研究，有效地反映和预测了岩石损伤的力学行为和变化。到目前为止，学者们研究了不同加载类型、含水率、约束压力、环境类型、力学性质的水岩耦合作用下岩石的统计破坏模型， 并对传统的Weibull 模型进行了改进[1] [2] [3]。曹文贵等[4]改进了损伤定义，提出了考虑岩石损伤分配以及不同应力应变关系转化的新型统计损伤本构模型。徐卫亚等[5]从有效应力入手，考虑岩石的残余强度和变形特征，建立了岩石弹塑性损伤本构模型王伟等[6]考虑了有效应力和孔隙水压力的变化对岩石损伤的影响，并建立了反映应力渗流耦合作用下的岩石损伤本构模型。李波波等[7]基于Langmuir 方程，通过试验构建煤岩孔隙水压力—渗流方程，建立了反映煤岩吸附—渗透演化规律的损伤本构模型。赵志红等[8]基于Weibull 分布，建立高围压下深层页岩的遇水软化损伤本构模型。冯晓伟等[9]考虑化学腐蚀对