[發(fā)明專利]硬巖凍融損傷長期變形模型的構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810377891.0
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108829916B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張廣澤;王棟;蔣良文;王科;馮濤;張羽軍;陳國慶;萬億;張小林;馬建軍;桂金祥
• 申請（專利權(quán)）人: 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司;成都理工大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 成都正德明志知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51360
• 代理人: 陳瑤

1.硬巖凍融損傷長期變形模型的構(gòu)建方法，其特征在于，包括：

對巖石試樣進(jìn)行不同凍融循環(huán)次數(shù)的凍融循環(huán)試驗(yàn)，不同凍融循環(huán)次數(shù)指代每個(gè)巖石試樣的凍融循環(huán)次數(shù)不完全相同；

采用單軸壓縮試驗(yàn)獲取不同凍融循環(huán)次數(shù)的巖石試樣的瞬時(shí)凍融損傷變量；

采用單軸蠕變試驗(yàn)獲取不同凍融循環(huán)次數(shù)的巖石試樣的長期凍融損傷變量；

根據(jù)胡克體、卡爾文體，非線性粘塑性體、摩爾庫倫體、瞬時(shí)凍融損傷變量和長期凍融損傷變量，構(gòu)建引入凍融的硬巖流變損傷本構(gòu)模型：

當(dāng)σσ_s時(shí)，硬巖流變損傷本構(gòu)模型為：

當(dāng)σ≥σ_s時(shí)，且t≤t_s時(shí)，硬巖流變損傷本構(gòu)模型為：

當(dāng)σ≥σ_s時(shí)，且tt_s時(shí)，硬巖流變損傷本構(gòu)模型為：

其中，σ為t時(shí)刻巖石試樣所對應(yīng)的應(yīng)力，為σ的一階導(dǎo)數(shù)，為σ的二階導(dǎo)數(shù)；σ_s為巖石試樣的蠕變屈服強(qiáng)度；ε為t時(shí)刻巖石試樣所對應(yīng)的應(yīng)變，為ε的一階導(dǎo)數(shù)，為ε二階導(dǎo)數(shù)；E₀為巖石試樣的瞬時(shí)彈性系數(shù)，E₁為巖石試樣的彈性模量；η₁為巖石試樣穩(wěn)定蠕變所對應(yīng)的粘滯系數(shù)，η₂為巖石試樣加速蠕變所對應(yīng)的粘滯系數(shù)；n為待定試驗(yàn)參數(shù)；t_s為加速流變發(fā)生的初始時(shí)刻；t₀為單位參考時(shí)間；D_F為瞬時(shí)凍融損傷變量；D_c為長期凍融損傷變量；

采用Laplace及Laplace逆變換對硬巖流變損傷本構(gòu)模型求特解，得到硬巖凍融損傷長期變形模型：

其中，σ₀為巖石試樣的長期荷載。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬巖凍融損傷長期變形模型的構(gòu)建方法，其特征在于，所述采用單軸壓縮試驗(yàn)獲取不同凍融循環(huán)次數(shù)的巖石試樣的瞬時(shí)凍融損傷變量進(jìn)一步包括：

采用單軸壓縮試驗(yàn)得到不同凍融循環(huán)次數(shù)巖樣所對應(yīng)的應(yīng)變隨應(yīng)力的變化數(shù)據(jù)及應(yīng)變隨時(shí)間的變化數(shù)據(jù)；

根據(jù)應(yīng)變隨應(yīng)力的變化數(shù)據(jù)及應(yīng)變隨時(shí)間的變化數(shù)據(jù)，確定不同凍融循環(huán)次數(shù)的巖石試樣的單軸抗壓強(qiáng)度；

繪制單軸抗壓強(qiáng)度及凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線，并對關(guān)系曲線進(jìn)行非線性擬合得到不同凍融循環(huán)次數(shù)的瞬時(shí)凍融損傷函數(shù)；

采用瞬時(shí)凍融損傷函數(shù)和對照試樣的單軸抗壓強(qiáng)度計(jì)算瞬時(shí)凍融損傷變量：

σ_f(T)＝σ_f(e^-πT+ln(E₁T+1))

其中，D_F為瞬時(shí)凍融損傷變量；σ_f(T)為凍融次數(shù)為T的巖石試樣的單軸抗壓強(qiáng)度；σ_f為對照試樣的單軸抗壓強(qiáng)度；E₁為巖石試樣的彈性模量；e為自然對數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬巖凍融損傷長期變形模型的構(gòu)建方法，其特征在于，采用單軸蠕變試驗(yàn)獲取不同凍融循環(huán)次數(shù)的巖石試樣的蠕變屈服強(qiáng)度進(jìn)一步包括：

分別對不同凍融循環(huán)次數(shù)的巖石試樣施加多種軸向應(yīng)力，獲取不同應(yīng)力狀態(tài)下應(yīng)變隨時(shí)間的變化關(guān)系，并繪制相應(yīng)的應(yīng)變時(shí)間曲線；

根據(jù)不同軸向應(yīng)力下的應(yīng)變時(shí)間曲線圖，取每條曲線不同時(shí)間的應(yīng)力值與應(yīng)變值，繪制相應(yīng)時(shí)間的應(yīng)力應(yīng)變等時(shí)曲線；

根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變等時(shí)曲線，繪制出一條t＝∞、且平行于應(yīng)變橫坐標(biāo)應(yīng)變的直線，取該線與縱坐標(biāo)強(qiáng)度相交的應(yīng)力值為巖石試樣的長期強(qiáng)度；

繪制長期強(qiáng)度及凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系曲線并對其進(jìn)行非線性擬合得到長期凍融損傷函數(shù)；以及

采用長期凍融損傷函數(shù)和對照試樣的蠕變屈服強(qiáng)度計(jì)算長期凍融損傷變量：

其中，D_c為長期凍融損傷變量；σ_l為凍融次數(shù)為T的巖石試樣的長期強(qiáng)度；σ_c為對照試樣的蠕變屈服強(qiáng)度；η₁為巖石試樣穩(wěn)定蠕變所對應(yīng)的粘滯系數(shù)；ρ為方程修正系數(shù)，ρ∈(0,1)。