[發明專利]一種考慮凍融環境下的巖體工程穩定性分析方法

在審

• 申請號: 202010084632.6
• 申請日: 2020-02-10
• 公開（公告）號: CN111444641A
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 姜諳男;許夢飛
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/14
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 涂文詩;鄧珂

1.一種考慮凍融環境影響下的巖體工程穩定性分析方法，其特征在于，包括：

S1、創建表達凍融次數與巖體損傷之間關系的凍融損傷模型；

S2、創建表達巖體塑性引起的損傷效應的巖體荷載損傷模型；

S3、創建表達凍融荷載綜合作用的凍融荷載耦合損傷演化模型；

S4、基于Hoek-Brown巖體非線性強度準則，創建彈塑性損傷模型；

S5、求解所述彈塑性損傷模型對應的應力；

S6、獲取達到極限平衡狀態時巖體工程對應的安全系數。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述凍融損傷模型對應的表達式：

其中，D_t表示凍融損傷變量，N表示凍融循環次數，N_f表示實驗最大凍融次數，D_f表示與N_f對應的損傷值；q、r均為常數；

其中，n₀和n分別表示巖石凍融前后孔隙率，V_P和V′_P分別表示巖石凍融前后縱波波速。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述巖體荷載損傷模型對應的表達式為：

其中，表示等效塑性應變，D_m表示受荷損傷變量，α與β均為經驗系數；

等效塑性應變對應的表達式為：

式中：ε_p1、ε_p2、ε_p3分別為x軸、y軸、z軸三個方向上的主塑性應變。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述凍融荷載耦合損傷演化模型對應的表達式為：

D_c＝D_t+D_m-D_tD_m (5)

其中，D_c表示巖石的凍融-荷載總損傷變量；D_tD_m表示耦合項。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述彈塑性損傷模型對應的表達式為：

式中：p表示靜水壓力，J₂表示第二偏應力不變量，θ表示羅德角，σ_ci表示完整巖石單軸抗壓強度，m_b，s和a均表示經驗常數；

其中，

式(7)-(9)中：GSI表示地質強度指標；m_i表示巖石的軟硬程度；

對應的剪切模量G(D_c)、體積模量K(D_c)表達式分別為

式中，G₀表示初始剪切模量，K₀表示初始體積模量，E₀表示未損傷材料的彈性模量，ν表示泊松比。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，求解所述彈塑性損傷模型對應的應力的過程包括：

S51、在主應力空間中，對所述彈塑性損傷模型進行彈性預測分析以獲得所述模型自彈性狀態進入塑性狀態對應的極限參數；

S52、進行塑性修正分析，即對應力空間進行劃分，判斷應力回映位置，并根據回映位置，建立更新應力及多個或單一塑性因子對應的求解式以對應力進行更新；所述應力回映位置包括單一屈服面、雙屈服面相交的棱線或者多屈服面相交的尖點處中的一種或者多種組合；

S53、進行塑性修正分析，即完成應力更新后，計算出等效塑性應變后對損傷變量進行更新并獲得所對應的應力張量；

S54、獲取一致切線模量以給定迭代求解過程所需的模量。