[發明專利]基于橫觀各向同性巖體三維蠕變模型的參數辨識方法

有效

• 申請號: 201910338061.1
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN110174307B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 李列列;管俊峰;姚賢華;何雙華;高勇偉;高新亮;張玉龍
• 申請（專利權）人: 華北水利水電大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G06F17/11;G06F17/16;G06F30/20;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 河南科技通律師事務所 41123
• 代理人: 樊羿;張曉輝

本發明公開了一種基于橫觀各向同性巖體三維蠕變模型的參數辨識方法，旨在解決現有技術中存在的巖石材料的各向異性蠕變本構模型難以全面反映出橫觀各向同性巖體的蠕變力學特性的技術問題。本發明首次提出了橫觀各向同性巖體三維模型蠕變參數的辨識方法，可實現采用一套蠕變參數同時表現出橫觀各向同性巖體不同層理方向蠕變特征的目的，應用范圍廣泛。

技術領域

本發明涉及巖石力學與工程技術領域，具體涉及一種基于橫觀各向同性巖體三維蠕變模型的參數辨識方法。

背景技術

層狀巖體在地殼中廣泛存在，其在力學上具有橫觀各向同性的特點，巖體的破壞和失穩與其內部的損傷演化有著密切的關系。

隨著地下工程的開發建設，層狀巖體的力學性質（包括蠕變特性）對隧道、地下廠房、水電等工程圍巖變形和應力分布，尤其是長期穩定性有重要的影響。由于層狀巖體特殊的構造性質，其力學性質與各向同性巖石相比具有較大的差異，如隨著層理傾角的不同，其蠕變特性具有顯著的各向異性。如溪洛渡工程壩肩兩岸分別存在N200W和近EW向兩組基體結構面，這兩組結構面在巖體中大量發育，構成巖體的基本層次，兩岸巖體沿結構面發生滑移錯動擠壓壩體，對壩體安全性構成嚴重威脅；錦屏一級水電站壩址區地層巖性、層厚變化大，巖體組合復雜，其中大理巖夾雜工程地質特性較差的綠泥石組成的層狀巖體，主要分布在兩岸壩肩、水墊塘及地下廠房等部位，影響到這些工程部位的穩定性，尤其對壩區右岸而言，大理巖中呈透鏡狀、團塊狀分布的綠片巖，其片理發育且傾向坡外，形成了層間弱面，成為影響右岸抗滑穩定的主要因素；內蒙古平莊西露天礦某處邊坡，其下部的緩傾角砂巖—泥巖軟弱夾層在降水的長期浸泡下，巖體軟化，沿軟弱面發生滑移，造成了滑坡事故。由此可以看出，巖體蠕變特性對工程建筑物的安全有著重要影響。從理論上分析評價這些建筑物的安全性是非常必要的，而構建科學、合理的蠕變本構方程是進行理論分析的基礎。這其中就需要選用合理的蠕變參數進行分析預測，并利用分析結果指導工程設計施工，達到確保工程結構的安全性的目的。

現有的針對巖石材料的各向異性蠕變本構模型多是基于塑性理論，其更適用于金屬等發生塑性破壞的材料。眾所周知，巖體的破壞展示出準脆性性質，而非完全塑性。而現有模型研究成果多根據試驗現象，通過構建一維蠕變本構模型，將不同方向蠕變參數簡單辨識為不同的相互獨立的值，而并未建立真正意義上的橫觀各向同性三維蠕變本構模型。

此外，由于巖體層理弱面的存在，現有的各向同性蠕變模型難以全面反映出橫觀各向同性巖體的蠕變力學特性。

因此，亟需研究建立適用于可描述巖體準脆性斷裂破壞特性的各向異性黏彈塑性元件模型，進而辨識和解算出能夠更為真實地反映巖體斷裂破壞本質的相關表征參數，以應用于各類巖體工程建設的安全性預測評價，為其設計及決策提供更加精準可靠的科學依據。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種基于橫觀各向同性巖體三維蠕變模型的參數辨識方法，以期解決現有技術中所存在的巖石材料的各向異性蠕變本構模型難以全面反映出橫觀各向同性巖體的蠕變力學特性的技術難題。

為解決上述技術問題，本發明采用了如下的技術思路（參見圖1）：

橫觀各向同性巖體由于層理弱面的存在，表現出各向異性的特點。因此，不同于各向同性巖石，在確定橫觀各向同性巖體五個彈性常數時，根據彈性本構方程的特點，至少需要根據平行組、垂直組兩個試件的單軸或三軸壓縮實驗結果來計算彈性常數。蠕變參數也是如此，依據橫觀各向同性巖體三維蠕變本構方程的特點，根據平行組、垂直組兩個試件的蠕變試驗結果，首次分析得出橫觀各向同性巖體的蠕變參數。

具體采用的技術方案如下：

設計一種基于橫觀各向同性巖體三維蠕變模型的參數辨識方法，包括以下步驟：

（1）將巖石試樣制成層理水平巖樣和層理垂直巖樣，進行橫觀各向同性巖體的三軸或單軸壓縮蠕變試驗；