貴大新聞網(wǎng)訊（礦業(yè)學(xué)院）近日，貴州大學(xué)礦業(yè)學(xué)院文志杰教授及陶劍特聘教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際塑性力學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)期刊 International Journal of Plasticity（中科院一區(qū)Top，IF=9.4）發(fā)表題為“A fully coupled rate- and temperature-dependent viscoplastic damage model for rock-like materials within the consistency framework”的研究論文，首次在一致粘塑性理論框架下建立了率和溫度相關(guān)的巖石粘塑性損傷本構(gòu)模型，闡明了巖石非彈性變形過(guò)程中不同耗散過(guò)程之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系及其對(duì)巖石力學(xué)行為的控制作用。

深部巖土工程常處于“三高一擾動(dòng)”（高地應(yīng)力、高地溫、高滲透壓、強(qiáng)烈開采擾動(dòng)）的復(fù)雜環(huán)境，準(zhǔn)確理解和評(píng)估巖石類脆性材料在高溫、高壓和高應(yīng)變率條件下的力學(xué)響應(yīng)對(duì)于揭示深部巖土工程的失穩(wěn)破壞機(jī)理具有重要意義。然而，高溫高應(yīng)變率下的巖石非彈性變形過(guò)程涉及熱彈性、熱塑性和熱損傷等能量耗散過(guò)程的復(fù)雜耦合效應(yīng)，如何在統(tǒng)一理論框架下定量求解巖石應(yīng)力、應(yīng)變、損傷和溫度等狀態(tài)變量的演化過(guò)程一直是一個(gè)挑戰(zhàn)性的前沿課題。

該研究基于不可逆熱力學(xué)原理，通過(guò)精心設(shè)計(jì)自由能和耗散勢(shì)函數(shù)的形式，首次從一致粘塑性框架中推導(dǎo)出了率和溫度相關(guān)的拉格朗日乘子，與塑性力學(xué)領(lǐng)域的經(jīng)典Kuhn-Tucker加/卸載準(zhǔn)則表現(xiàn)出較好的兼容性，并能夠?qū)崿F(xiàn)粘塑性變形、溫度和損傷變量的完全耦合求解。作者還建立了基于常規(guī)室內(nèi)力學(xué)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定模型參數(shù)的分層化校準(zhǔn)程序，為模型的推廣使用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

所提出的熱粘塑性損傷模型不僅可以在物質(zhì)點(diǎn)水平合理表征巖石類脆性材料的率和溫度相關(guān)力學(xué)行為，同時(shí)還能真實(shí)地捕捉大型巖土工程結(jié)構(gòu)的宏觀破壞模式。此外，作者通過(guò)計(jì)算分析還發(fā)現(xiàn)，更劇烈的熱損傷會(huì)增強(qiáng)巖石動(dòng)態(tài)強(qiáng)度的應(yīng)變率敏感性，并證明了該模型在預(yù)測(cè)原位地質(zhì)斷層帶中巖石變形局部化誘發(fā)的溫度演化規(guī)律方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

貴州大學(xué)為該研究的第一完成單位，陶劍特聘教授為論文第一作者，文志杰教授為論文通訊作者。這是貴州大學(xué)首次以第一單位在 International Journal of Plasticity 期刊發(fā)表研究成果。該研究得到了貴州大學(xué)自然科學(xué)專項(xiàng)（特崗）科研基金項(xiàng)目(No. (2023) 67)，國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目[Grants No：52404076、52464011、52274130、52374118 ]，以及貴州省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(Project No. Qiankehe Support [2022] General 247)的共同資助。

編輯：張蟬

責(zé)編：李旭鋒

編審：丁龍