[發明專利]層狀巖體破壞準則及確定方法

有效

• 申請號: 202011617611.2
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112765781B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 胡煒;喻渝;譚信榮;毛堅強;李奎;蔣堯;鄭小艷;鄭長青;徐駿;高柏松
• 申請（專利權）人: 中鐵二院工程集團有限責任公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所(普通合伙) 51215
• 代理人: 王建國

1.一種層狀巖體破壞準則及其確定方法，包括如下步驟：

S01、對同一地層取三組不同結構面夾角的巖體試樣做單軸壓縮試驗，根據試驗結果建立以下式(1)的方程組：

式中，E_θi為第i組試驗結構面與豎向夾角為θ_i時，應力-應變曲線上對應于線性階段的斜率，即彈性模量，根據試驗確定；ν_θi為第i組試驗結構面夾角為θ_i時巖體的泊松比，根據試驗確定；S_i、C_i分別是函數sinθ_i、cosθ_i的縮寫，E_n為沿結構面法向的彈性模量，E_st為結構面切向的彈性模量，ν_n為法向壓縮時對結構面切向產生的變形影響的泊松比，ν_st為結構面切向壓縮時，對剪切面另一個方向變形影響的泊松比，G_nst為沿結構面的剪切模量；其中E_n、E_st、G_nst、ν_n、ν_st為未知量，式中各量的下標1、2、…、i、…m表示是第幾組結構面夾角試驗；

將公式(1)簡寫為如下式(2):

[C]_2m×5{E}_5×1＝{G}_5×1 (2)

利用最小二乘法將其轉化為以下式(3)：

[C]^T[C]{E}＝[C]^T{G} (3)

進行求解，得到E_n、E_st、G_nst、ν_n、ν_st的值；

S02、根據三組不同結構面夾角θ的單軸試驗數據，將求得的E_n、E_st、G_nst、ν_n、ν_s帶入以下式(4)和式(5)，得到3個方程組共6個方程：

式中，θ為結構面與豎直面的夾角，m'、m”分別為第一類材料(10)、第二類材料(20)的厚度在薄層厚度中所占的比例，E’、ν’為第一類材料(10)的彈性模量和泊松比，E”、ν”為第二類材料(20)的彈性模量和泊松比；

根據所建立的3個方程組，求解出E’、ν’及m’的數值；

S03、將所求的E_n、E_st、ν_n、ν_st、E’、ν’帶入以下式(6)～(8)：

σ′_n＝σ_n＝σ₁sin²θ (7)

τ′_sn＝τ_sn＝-sinθcosθ·σ₁ (8)

式中，σ₁為單軸試驗時施加的應力，σ′_n為第一類材料(10)沿結構面法向的正應力，σ′_s為第一類材料(10)沿結構面切向的正應力，τ′_ns為第一類材料(10)剪應力，根據式(6)～(8)，求得破壞時第一類材料(10)的應力后，按照如以下式(9a)、(9b)計算第一類材料(10)的主應力：

式中，σ′₁和σ′₃分別為第一類材料(10)的第一主應力和第三主應力，為第一類材料(10)的摩擦角；

對三組不同結構面夾角θ_i的巖樣進行單軸試驗，將根據公式(6)～(9b)計算所得的σ′_1i和σ′_3i分別代入以下式(10)：

應用最小二乘法進行回歸計算，最終得到第一類材料(10)的摩擦角

S04、將步驟S01、步驟S02所得E_n、E_st、ν_n、ν_st、E’、ν’帶入以下式(11)，求得第一類材料(10)主應力與法向應力的夾角α：

將計算所得及α其代入下式(12)得破裂角β：

S05、根據計算所得的β，按照以下式(13)確定穿過結構面破壞時的破壞準則：

式中的c_m對應于試樣發生穿過結構面的剪切破壞時剪切面的內摩擦角和粘聚力，由試驗結果并應用最小二乘法進行回歸計算確定。