[發明專利]多裂隙類巖石試樣力學性質的幾何損傷流變分析方法

在審

• 申請號: 201811324201.1
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN111159794A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 楊文東;張建國;薄純杰;王令;井文君
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）;山東正元建設工程有限責任公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于土木工程領域，具體地，涉及到多裂隙類巖石試樣力學性質的幾何損傷流變分析方法。步驟如下：(1)、構建多裂隙類巖石試樣代表性單元的幾何模型；(2)、定義多裂隙類巖石試樣代表性單元的損傷張量；(3)、計算多裂隙類巖石試樣中單組裂隙的損傷張量；(4)、計算多裂隙類巖石試樣中多組裂隙的損傷張量；(5)、推導多裂隙類巖石試樣有效應力公式；(6)、建立多裂隙類巖石試樣幾何損傷流變本構模型；(7)、多裂隙類巖石試樣幾何損傷流變本構模型程序化；(8)、統計工程巖體的幾何裂隙參數，進行工程巖體的損傷流變特性數值模擬。

技術領域

本發明屬于土木工程巖土工程領域，具體地，涉及到多裂隙類巖石試樣力學性質的幾何損傷流變分析方法。

背景技術

裂隙在巖體中廣泛分布，對巖體結構的穩定性有著重要的影響，而如何評估多裂隙巖體的損傷影響，尤其是巖體的長期行為是一個重要問題。了解多裂隙巖體的力學性質在巖石工程設計中都非常重要，包括地基、斜坡或巖石中的地下開挖。

以往對含裂隙試樣力學行為的研究主要集中在裂紋的擴展和聚合上。一些研究利用實驗室測試研究了裂縫之間的裂隙聚合，此外，還提出了許多模擬裂紋產生和聚合的數值方法。然而，這些研究主要集中于巖石試件的裂紋擴展和聚合，而沒有對工程項目的穩定性進行分析，因為這些結果很難用來預測原生含節理裂隙巖體的力學行為。

大多數巖體都含有多組裂隙。如果一個巖體包括許多與結構相比尺寸相對較小的裂縫，那么可以將該巖體理想化為連續體。然而，當出現中等大小的不連續結構面時，這種影響對于巖體的力學行為變得很重要，因為這些不連續面十分復雜，并且不能以簡單的方式估計其力學效應。這時，損傷力學是解決這一問題的有效途徑。

為此，本發明提供了一種多裂隙巖體試樣力學性質的幾何損傷流變分析方法。該方法針對含多組裂隙類巖石試樣，綜合考慮損傷和流變的影響，建立了節理巖體的損傷流變模型，損傷流變模型能夠預測與初始蠕變特性相對應的粘彈性應變、與穩態蠕變特性相對應的粘塑性應變和反映裂隙對巖體損傷效應的損傷應變。并且推導出基于西原體模型的粘彈塑性損傷本構模型，并用有限差分軟件FLAC^3D進行了編程。

目前國內相關多裂隙類巖石試樣力學性質的研究現狀如下：

1、《節理巖體等效損傷流變模型初步研究》一文假設巖石為各向同性體各向同性損傷，節理面的法向和切向損傷不同，分別建立了巖石和節理面流變損傷演變函數。并假設材料無損的情況想，計算應力采用有效應力，推到了節理巖體等效損傷流變模型有限元計算公式，編制了相應的有限元程序(參見《巖土力學》2011年第12期，作者：黃耀英等)；

2、《錦屏一級水電站地下廠房圍巖變形破裂的三維損傷流變分析》一文采用損傷流變耦合的三維模型和分析方法，結合運用裂隙張開產生的附加變形分析法，對其工程地下廠房洞室群的穩定性進行分析，并對洞室的長期時效變形進行了預測分析(參見《巖石力學與工程學報》2012年第5期，作者：朱維申，齊銀萍等)。

發明內容

要研究多裂隙類巖石試樣的力學行為，其中一個比較困難的地方是將與時間有關的變形和巖體中裂隙分布引起的損傷影響聯系起來。本發明采用損傷和流變耦合的方法，提供一種多裂隙類巖石試樣力學性質的幾何損傷流變分析方法。

多裂隙類巖石試樣力學性質的幾何損傷流變分析方法，步驟如下：

(1)、構建多裂隙類巖石試樣代表性單元的幾何模型；

(2)、根據試樣中分布裂隙的假設定義多裂隙類巖石試樣代表性單元的損傷張量；

(3)、計算多裂隙類巖石試樣中單組裂隙的損傷張量；

(4)、在確定單元的法向量和損傷張量后，通過對單元進行求和來計算多裂隙類巖石試樣中多組裂隙的損傷張量；

(5)、推導多裂隙類巖石試樣有效應力公式；