反平面剪切层间界面破坏的卸载行为研究

　　沈新普1, Zenon Mroz2

　　(1.东北大学理学院,辽宁沈阳　110004; 2. IFTR,Polish Academy of Sciences, Warsaw 00-049,Poland)

　　摘　　　要:研究了由定常侧压力作用下,界面层上剪应力及位移场在卸载(反向加载)过程中的分布规律及演化规律·计算结果表明,由于裂纹前方损伤过程区的存在,卸载是非弹性的,伴随有损伤和摩擦两种耗散机制;另外,当卸载过程不能覆盖加载过程造成的损伤区时,会产生“应力锁死”现象,从而导致结构在以后的加载过程中可能产生冲击载荷·

　　在现实工程中,许多岩土结构承受的载荷是周期性循环变化的[1,2]·初步的研究表明,由于损伤软化区的存在,循环载荷下界面结构的承载能力远低于单调载荷下的承载能力值·对于侧压力和循环反平面剪切载荷共同作用下层间界面的断裂失效问题,目前国内外尚无文献报道·

　　本研究将应用文献[3]提出的剪切梁模型,研究由定常侧压力和循环反平面剪切载荷共同作用下,界面层上的各力学量的变化规律·本文为本研究的第一部分,文中将解析地给出界面层上剪应力及位移场在卸载(反向加载)过程中的分布规律及演化规律·

　　为了叙述的完整性,这里首先来重新介绍一下文献[3]所提出的剪切梁模型及刚塑性界面层材料的本构关系·

　　1　问题的描述及剪切梁模型

　　文献[3]首先介绍了受反平面剪切作用的平面应变梁的弹性力学理论·如图1所示,为一对受反平面剪切作用的梁,梁间为“粘性层”(内聚力层)·由于问题的对称性,取上部的梁为研究对象,几何尺寸标于图1中·均布侧压力σzz=σn作用于梁的上表面,在梁的x=0一端作用有剪切载荷τ(0)=τyx(0)A,这里A=bt,另一端X=L为自由端,假设梁的宽度b远大于厚度t,忽略梁的弯曲效应,从而近似认为梁为反平面剪切状态下的平面应变梁·这样梁内只有非零剪应力τy和τyz及侧压力σzz=σn=const作用,其他应力分量为零,从而由弹性力学得梁的平衡方程为:

　　弹性梁中的应力τ与梁下底面的粘性夹层中的应力τf形成自平衡系统[4],即有如下关系式成立

　　相应于一个载荷循环(本文假定为力载荷循环),层间界面上将发生以下过程:(1)单调加载过程;(2)卸载(或反向加载)过程;(3)再加载过程·在以上三个过程中,剪切梁模型的以下基本关系式总是成立的

　　周期载荷属于复杂载荷,又由于损伤区的存在,这一过程属于非弹性过程,应力状态与加载历史有关,一般地讲,应该用增量形式的本构描述·但由于式(10)所示关系的存在,可以使用全量形式的方程计算周期载荷下剪切梁内的各力学量·关于剪切梁模型的单调加载过程行为的研究已在文献[3]中作了详细介绍,本文的重点限于对剪切梁模型卸载(反向加载)过程行为的研究·