[發(fā)明專利]一種巖石單軸壓縮全過程蠕變損傷模型的構(gòu)建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910877486.X
• 申請(qǐng)日: 2019-09-17
• 公開（公告）號(hào): CN110631908B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王軍保;張強(qiáng);張玉偉;宋戰(zhàn)平;劉新榮;裴子銘;肖珂輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/08
• 分類號(hào): G01N3/08
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 郭瑤

本發(fā)明公開了一種巖石單軸壓縮全過程蠕變損傷模型的構(gòu)建方法。本發(fā)明對(duì)巖石試件開展單軸壓縮試驗(yàn)和不同軸向應(yīng)力作用下的單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，獲得巖石平均抗壓強(qiáng)度和蠕變曲線；確定巖石長(zhǎng)期強(qiáng)度和蠕變破壞時(shí)間；確定巖石蠕變過程中變形模量隨時(shí)間變化的函數(shù)表達(dá)式，并以變形模量表征受損巖石材料的彈性模量，確定巖石蠕變損傷變量的表達(dá)式；確定巖石單軸壓縮全過程蠕變損傷模型的函數(shù)表達(dá)式；根據(jù)巖石單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果，確定蠕變模型參數(shù)。該方法所建模型以一個(gè)統(tǒng)一的函數(shù)表達(dá)式即可同時(shí)描述巖石加載過程產(chǎn)生的瞬時(shí)應(yīng)變和蠕變?nèi)^程的三個(gè)階段，從而克服了現(xiàn)有模型需要將巖石蠕變過程中產(chǎn)生的總應(yīng)變?nèi)藶閯澐譃樗牟糠值娜秉c(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖石工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種巖石單軸壓縮全過程蠕變損傷模型的構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

巖石蠕變過程中產(chǎn)生的總應(yīng)變由加載過程產(chǎn)生的與時(shí)間無關(guān)的瞬時(shí)應(yīng)變和隨時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增大的蠕變應(yīng)變兩部分組成，且?guī)r石完整的蠕變過程包括衰減蠕變、穩(wěn)態(tài)蠕變和加速蠕變?nèi)齻€(gè)階段。現(xiàn)有的蠕變模型在描述巖石蠕變行為時(shí)，通常需要將巖石蠕變過程中產(chǎn)生的總應(yīng)變?nèi)藶閯澐譃樗矔r(shí)應(yīng)變、衰減蠕變應(yīng)變、穩(wěn)態(tài)蠕變應(yīng)變和加速蠕變應(yīng)變四部分，并用不同的函數(shù)描述各個(gè)不同部分的應(yīng)變，最后通過疊加得到總應(yīng)變，即現(xiàn)有的巖石蠕變模型的表達(dá)式是幾個(gè)函數(shù)的疊加，而無法用一個(gè)統(tǒng)一的函數(shù)來表示。實(shí)際上，在特定的應(yīng)力狀態(tài)下，巖石從加載到發(fā)生蠕變破壞，其蠕變過程是一個(gè)連續(xù)的過程。但是，現(xiàn)有的巖石蠕變模型并沒有一個(gè)統(tǒng)一的函數(shù)表達(dá)式來同時(shí)描述加載過程產(chǎn)生的瞬時(shí)應(yīng)變和蠕變?nèi)^程的三個(gè)階段(衰減蠕變階段、穩(wěn)態(tài)蠕變階段和加速蠕變階段)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種巖石單軸壓縮全過程蠕變損傷模型的構(gòu)建方法，能夠通過所建模型得到一個(gè)統(tǒng)一的函數(shù)表達(dá)式，能夠同時(shí)描述巖石加載過程產(chǎn)生的瞬時(shí)應(yīng)變和蠕變?nèi)^程的三個(gè)階段(衰減蠕變階段、穩(wěn)態(tài)蠕變階段和加速蠕變階段)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明包括以下步驟：

步驟一，對(duì)若干圓柱形巖石試件開展單軸壓縮試驗(yàn)，獲得巖石平均抗壓強(qiáng)度；

步驟二，采用單級(jí)加載方式，對(duì)圓柱形巖石試件開展不同軸向應(yīng)力σ₁、σ₂…σ_i-1、σ_i作用下的單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)，σ₁＜σ₂＜…＜σ_i-1＜σ_i，獲得巖石在對(duì)應(yīng)軸向應(yīng)力下的蠕變曲線；

步驟三，根據(jù)不同軸向應(yīng)力下的蠕變曲線，繪制巖石等時(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線，并根據(jù)等時(shí)應(yīng)力—應(yīng)變曲線確定巖石長(zhǎng)期強(qiáng)度；

步驟四，當(dāng)軸向應(yīng)力高于長(zhǎng)期強(qiáng)度時(shí)，假設(shè)巖石強(qiáng)度隨時(shí)間的劣化規(guī)律服從Usher函數(shù)，經(jīng)過變換得到巖石蠕變破壞時(shí)間的函數(shù)表達(dá)式；當(dāng)軸向應(yīng)力低于長(zhǎng)期強(qiáng)度時(shí)，巖石不會(huì)發(fā)生蠕變破壞；

步驟五，根據(jù)出現(xiàn)加速蠕變的巖石單軸壓縮全過程蠕變曲線，計(jì)算巖石在不同時(shí)間時(shí)的變形模量，繪制巖石變形模量隨時(shí)間的變化規(guī)律曲線，并確定巖石變形模量隨時(shí)間變化的函數(shù)表達(dá)式；

步驟六，以巖石變形模量表征受損巖石材料的彈性模量，確定巖石蠕變損傷變量的表達(dá)式；

步驟七，結(jié)合連續(xù)損傷力學(xué)理論，確定巖石單軸壓縮全過程蠕變損傷模型的函數(shù)表達(dá)式；

步驟八，根據(jù)巖石單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)結(jié)果，確定蠕變模型參數(shù)。

步驟一和步驟二中，圓柱形巖石試件的直徑為50mm，高度為100mm。

步驟二中，不同軸向應(yīng)力下的巖石總應(yīng)變均由瞬時(shí)彈性應(yīng)變和蠕變應(yīng)變兩部分組成；

軸向應(yīng)力σ_i-1和σ_i作用下巖石在試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)發(fā)生了加速蠕變，蠕變曲線包含衰減蠕變、穩(wěn)態(tài)蠕變和加速蠕變?nèi)齻€(gè)階段，包含三個(gè)階段的蠕變曲線即為全過程蠕變曲線；