巖體結構變形破壞的內在驅動力-不平衡力*

楊 強 王守光 李超毅 劉耀儒

(清華大學水沙科學與水利水電工程國家重點實驗室， 北京 100084，中國)

0 引 言

巖體結構的破壞是一個漸進的破壞過程(胡啟軍等， 2011； 李世貴等， 2018)。規范采用的強度與極限設計主要針對的是彈性極限狀態和極限狀態，這兩個特征狀態之間的變形破壞過程并未涉及。但實際上在變形破壞過程中，出現開裂和顯著的非線性變形也是工程設計極為關注的狀態。法國的Malpasset拱壩潰壩就是拱壩壩踵開裂后，壩基內應力滲流耦合效應所致(Serafim， 1987)。非線性變形控制也是巖體工程重要控制指標，洞室大變形多和圍巖內開裂損傷有關，拱壩的顯著非線性變形與壩趾的損傷破壞有關(程立， 2017)。

一般的開裂損傷分析計算方法難以有效應用于巖體結構，原因在于巖體自身具有的節理裂隙帶來的復雜不連續性。常規的連續介質計算方法(有限元法、有限差分法等)假設巖體結構連續，而把裂紋當作計算邊界，這樣做的缺點是每當裂紋擴展就要重新劃分網格邊界。擴展有限元法(Belytschko et al.， 1999； 李錄賢等， 2005)雖然解決了重新剖分網格的問題，但也難以分析復雜不連續體的多裂紋擴展貫通。為了克服連續性理論基礎帶來的種種約束，Silling(2000)放棄了連續性假設轉而把固體離散為一系列物質點，通過求解空間積分方程來描述材料力學行為，這樣就從根本上解決了不連續導致的奇異性問題。但這種方法目前僅能處理簡單三維結構的開裂問題。更深入的開裂分析需要考慮結構的損傷和動態演化過程(Yang et al.， 2005；……