[發明專利]一種改進Harris分布的結構面剪切損傷本構模型的方法

有效

• 申請號: 201911165946.2
• 申請日: 2019-11-25
• 公開（公告）號: CN110987661B
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 林杭;謝世杰;陳怡帆;雷大星;曹日紅;雍睿;楊橫濤;杜時貴
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/06
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 周詠;林毓俊

本發明公開了一種改進Harris分布的結構面剪切損傷本構模型的方法，本發明模型能夠反映巖石結構面的剪切應力?剪切位移關系；特別是對線彈性階段、峰前軟化階段、峰后軟化階段和殘余剪切應力階段的描述更為合理。本發明所提出的模型參數可以用數學方法確定，具有明確的物理意義，精度和嚴謹性更勝擬合方法；通過與試驗數據和與以往模型的比較，本文提出的模型能夠準確地反映結構面剪切應力?剪切位移曲線的變化趨勢，對曲線的描述更為完備，體現了模型的優越性和適用性。

技術領域

本發明屬于巖石結構面剪切本構模型的工程技術領域，涉及一種改進Harris分布的結構面剪切損傷本構模型的方法。

背景技術

結構面是巖體中普遍存在的一種地質現象，它對地下洞室和邊坡工程等巖體工程的穩定性和長期變形有著深刻的影響。如何評價結構面在復雜的荷載作用下的剪切力學行為，是巖體工程中幾乎所有涉及隧道、邊坡或地下開挖的主要設計中都必須考慮的基本問題。

以往對巖石結構面力學性能的研究多集中在強度特性和剪切變形特性方面。自Goodman、Taylor在剪切變形特性領域首次提出節點單元有限元建模方法以來，對加載與變形的關系(本構模型)已經進行了大量的研究(A model for the mechanics of jointedrock.Journal of Soil MechanicsFoundations Div)。目前建立了多種理論或經驗剪切本構模型?；谥奔粼囼灲Y果，Bandis等提出利用雙曲函數擬合峰值前剪切變形(Fundamentals of rock joint deformation,International Journal of RockMechanicsMining SciencesGeomechanics Abstracts)。Desai和Fishman在塑性理論的框架下，提出了結構面本構模型的分層建模方法(Plasticity-based constitutive modelwith associated testing for joints,International Journal of Rock MechanicsMining SciencesGeomechanics Abstracts)。Saeb將Goodman模擴展到描述整個過程中的結構面剪切變形研究，并利用分段線性函數描述峰值前后的應力-位移關系(Modelling ofrock joints under shear and normal loading,International Journal ofRockMechanicsMining SciencesGeomechanics Abstracts)。上述研究主要集中在對峰前或峰后變形的描述上，忽略了結構面剪切變形是非線性的這一事實。將剪切應力-位移的非線性關系考慮在內，Rieker等用指數函數描述本構關系，建立了CSDS模型(Analysis offault-slip mechanisms in hard rock mining,Journal of Biomechanics)。Li等提出了一種考慮波浪分量和非均勻分量變化的結構面剪切本構模型(Aconstitutive model fora laboratory rock joint with multi-scale asperity degradation,ComputersGeotechnics)。

這些研究成果為全面描述巖體結構面的剪切應力-剪切位移關系奠定了基礎。但這些建立的本構模型仍存在一些不足，如表達式復雜，參數眾多且沒有明確物理意義等。大部分模型的理論結果與峰后試驗數據的一致性較差，這大大降低了模型的適用性。

發明內容

針對于現有技術的不足，本發明的目的是提供一種改進Harris分布的結構面剪切損傷本構模型的方法。

本發明這種改進Harris分布的結構面剪切損傷本構模型的方法，包括以下步驟：

S1、由損傷統計理論，基于改進Harris分布表示巖石微元體的強度統計分布，推導出巖石結構面損傷變量D的表達式，該表達式中含有模型參數a和b；