近日，伟德国际1946源于英国文志杰教授/陶剑特聘教授团队在国际塑性力学领域顶级期刊International Journal of Plasticity（中科院一区Top，IF=9.4）发表题为“A fully coupled rate- and temperature-dependent viscoplastic damage model for rock-like materials within the consistency framework”的研究论文，首次在一致粘塑性理论框架下建立了率和温度相关的岩石粘塑性损伤本构模型，阐明了岩石非弹性变形过程中不同耗散过程之间的竞争关系及其对岩石力学行为的控制作用。

深部岩土工程常处于“三高一扰动”（高地应力、高地温、高渗透压、强烈开采扰动）的复杂环境，准确理解和评估岩石类脆性材料在高温、高压和高应变率条件下的力学响应对于揭示深部岩土工程的失稳破坏机理具有重要意义。然而，高温高应变率下的岩石非弹性变形过程涉及热弹性、热塑性和热损伤等能量耗散过程的复杂耦合效应，如何在统一理论框架下定量求解岩石应力、应变、损伤和温度等状态变量的演化过程一直是一个挑战性的前沿课题。

图1. 高温环境和动态扰动耦合影响下的典型深部岩土工程

该研究基于不可逆热力学原理，通过精心设计自由能和耗散势函数的形式，首次从一致粘塑性框架中推导出了率和温度相关的拉格朗日乘子，与塑性力学领域的经典Kuhn-Tucker加/卸载准则表现出较好的兼容性，并能够实现粘塑性变形、温度和损伤变量的完全耦合求解。作者还建立了基于常规室内力学实验标定模型参数的分层化校准程序，为模型的推广使用奠定了坚实基础。

图2. 不同应力空间中的岩石屈服面示意图

所提出的热粘塑性损伤模型不仅可以在物质点水平合理表征岩石类脆性材料的率和温度相关力学行为，同时还能真实地捕捉大型岩土工程结构的宏观破坏模式。此外，作者通过计算分析还发现，更剧烈的热损伤会增强岩石动态强度的应变率敏感性，并证明了该模型在预测原位地质断层带中岩石变形局部化诱发的温度演化规律方面具有潜在的应用价值。

图3. 不同温度下的北山花岗岩单轴压缩试验模拟结果

BETVLCTOR伟德国际体育为该研究的第一完成单位，陶剑特聘教授为论文第一作者，文志杰教授为论文通讯作者。据悉，这是BETVLCTOR伟德国际体育首次以第一单位在《International Journal of Plasticity》期刊发表研究成果。该研究得到了BETVLCTOR伟德国际体育自然科学专项（特岗）科研基金项目(No. (2023) 67)，国家自然科学基金项目(Grants No：52404076、52464011、52274130、52374118 ]，以及贵州省科技支撑计划项目(Project No. Qiankehe Support [2022] General 247)的共同资助。

论文信息：Jian Tao, Zhi-Jie Wen*, Yu-Jun Zuo, Chen Wang, Jun Wang, Xing-Guo Yang, A fully coupled rate- and temperature-dependent viscoplastic damage model for rock-like materials within the consistency framework. International Journal of Plasticity, 2024, 104211.

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0749641924003383#sec0023

图文|文志杰

一审|魏朝宇

二审|陈兴帅

三审|张  林