A viscoplastic-damage model for soft rocks with low porosity

The mechanical behavior of soft rocks can be quite complex as it may involve a variety of deformation mechanisms. When loaded under compressive stresses, these rocks often show a semi-brittle response, controlled by dislocations motion causing hardening, and by microcracking producing a degradation of the mechanical properties. In this paper, the authors present a general internal state variable (ISV) model that can be used to describe, in a unified manner, the behavior of low porosity soft rocks. To do so, a damage variable is introduced into an existing model developed for the ductile regime, to accommodate brittle and semi-brittle responses. It is shown that the model depicts the behavior of soft rock samples submitted to conventional triaxial compression tests. Le comportement mécanique des roches tendres se révèle souvent relativement complexe car il peut impliquer une variété de mécanismes de déformation. Lorsque sollicitées sous des contraintes de compression, ces roches montrent fréquemment une réponse semi-fragile, contrôlée par le mouvement des dislocations qui induit un écrouissage, et par la microfissuration qui provoque une dégradation des propriétés mécaniques. Dans cet article, les auteurs présentent un modèle général avec variables d’état interne (VEI) qui peut être utilisé pour décrire, dans un contexte unifié, le comportement des roches tendres peu poreuses. À cette fin, une variable d’endommagement est introduite dans un modèle existant, développé pour le régime ductile, afin de tenir compte des réponses fragiles et semi-fragiles. On montre que le modèle peut reproduire le comportement d’échantillons de roches tendres soumis à des essais de compression triaxiale conventionnelle. Mechanisches Verhalten weicher Gesteine kann relativ kompliziert sein, weil es eine Menge verschiedener Verformungsmechanismen enthielt. Unter einer Druckbelastung zeigen diese Gesteine oftmals eine halb-spröde Reaktion. Diese Reaktion ist eine Folge der Dislokationsbewegung bedingten Verfestigung und der Mikrosprungbildung verursacheten Degradation mechanischer Eigenschaften des Gesteins. In dieser Veröffentlichung stellt man ein algemeines Modell mit inneren Zustandveränderlichen (IZV) vor, welches das Verhalten wenig poröser weicher Gesteine einheitsweise beschrieben kann. Für diesen Zweck wird in das bestehende Modell eine Beschädigungsveränderliche eigeführt, um spröde und halb-spröde Antwort behandeln zu können. Es wird gezeigt dass dieses Modell eine gute Darstellung der wichtigsten Eigenschaften des Verhaltens von Proben weicher Gesteine unter konventionellen triaxialen Druckversuchen ermöglicht.