[發明專利]硬巖凍融損傷長期變形模型的構建方法

有效

• 申請號: 201810377891.0
• 申請日: 2018-04-25
• 公開（公告）號: CN108829916B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）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）人: 中鐵二院工程集團有限責任公司;成都理工大學
• 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權代理有限公司 51360
• 代理人: 陳瑤

本發明公開了一種硬巖凍融損傷長期變形模型的構建方法，其包括對巖石試樣進行不同凍融循環次數的凍融循環試驗；采用單軸壓縮試驗獲取不同凍融循環次數的巖石試樣的瞬時凍融損傷變量；采用單軸蠕變試驗獲取不同凍融循環次數的巖石試樣的長期凍融損傷變量；根據胡克體、卡爾文體，非線性粘塑性體、摩爾庫倫體、瞬時凍融損傷變量和長期凍融損傷變量，構建引入凍融的硬巖流變損傷本構模型；采用Laplace及Laplace逆變換對硬巖流變損傷本構模型求特解，得到硬巖凍融損傷長期變形模型。

技術領域

本發明涉及巖石力學性能研究領域，具體涉及硬巖凍融損傷長期變形模型的構建方法。

背景技術

凍融硬巖流變損傷是指硬巖在凍融循環條件下長期受荷而產生疲勞受損，發生流變變形的情況。硬巖為一種特殊材料，具有復雜的成分和結構，內部含有大量微裂紋，而其正是主導巖體力學特性的重要因素。在高寒地區的硬巖會受到凍融循環作用，導致內部劣化現象嚴重。在凍融循環作用下，硬巖內部微缺陷會不斷孕育、產生和擴展，進而加速風化，表現為巖體力學性能的損傷，當這種細觀結構變化達到一定程度就會導致巖體的損傷和破壞。從微觀上來看，由于巖石內部分布的初始裂紋在季節更替和晝夜溫度交替作用下，巖體孔隙內水份不斷發生相變，伴隨巖體內部對溫度敏感的礦物產生不同程度的凍脹融縮，導致初始裂縫疲勞受損，次生裂縫產生，宏觀上表現為其力學性能減弱，長期受荷性能變差。

目前，凍融硬巖長期變形研究可通過室內凍融流變試驗進行定量化分析，但由于硬巖選取的隨機性及試驗誤差造成數據離散性較大，構建的方程不能較準確的推斷硬巖變形情況，而建立硬巖凍融損傷流變本構模型并進行試驗數據擬合可進一步定性定量化對硬巖長期變形進行預測，擬合出正確的本構模型不僅能對硬巖變形機理給予描述，還可反映其內部分損傷機理。

發明內容

針對現有技術中的上述不足，本發明提供的硬巖凍融損傷長期變形模型的構建方法構建的模型可精確描述凍融損傷巖體長期受荷的變形狀況，達到對寒區巖體變形的可靠預測。

為了達到上述發明目的，提供一種硬巖凍融損傷長期變形模型的構建方法，其包括：

對巖石試樣進行不同凍融循環次數的凍融循環試驗；

采用單軸壓縮試驗獲取不同凍融循環次數的巖石試樣的瞬時凍融損傷變量；

采用單軸蠕變試驗獲取不同凍融循環次數的巖石試樣的長期凍融損傷變量；

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

當σσ_s時，硬巖流變損傷本構模型為：

當σ≥σ_s時，且t≤t_s時，硬巖流變損傷本構模型為：

當σ≥σ_s時，且tt_s時，硬巖流變損傷本構模型為：

其中，σ為t時刻巖石試樣所對應的應力，為σ的一階導數，為σ的二階導數；σ_s為巖石試樣的蠕變屈服強度；ε為t時刻巖石試樣所對應的應變，為ε的一階導數，為ε二階導數；E₀為巖石試樣的瞬時彈性系數，E₁為巖石試樣的彈性模量；η₁為巖石試樣穩定蠕變所對應的粘滯系數，η₂為巖石試樣加速蠕變所對應的粘滯系數；n為待定試驗參數；t_s為加速流變發生的初始時刻；t₀為單位參考時間；D_F為瞬時凍融損傷變量；D_c為長期凍融損傷變量；