[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

層狀巖體破壞準則及其確定方法，以實現層狀巖體破壞準則的快速、準確確定，為合理評價各向異性顯現時地下或地面巖體工程的穩定性、安全性以及正確分析預測巖體的變形和破壞情況提供支撐。該方法通過對三組不同結構面傾角的層狀巖體分別進行單軸試驗，根據試驗測得的層狀巖體彈性模量、泊松比、巖層傾角等參數計算巖層破壞時的破裂角，從而建立層狀巖體的破壞準則。

技術領域

本發明屬于巖土技術領域，涉及一種層狀巖體破壞準則及確定方法。

背景技術

層狀巖體受層狀結構的影響，不僅變形和強度性質具有明顯的各向異性，巖體的破壞機理及方式也明顯不同于其它巖體。分析巖體材料在應力作用下的破壞規律，解決工程穩定性等問題，是巖體工程的一個重要研究課題。建立符合實際的破壞準則和本構關系，是解決這一課題的重要基礎。經典塑性力學中的Tresca準則和Mises準則沒有考慮材料的內摩擦性，不能直接用于分析巖體工程問題。巖土工程中常采用的 Mohr-Coulomb準則和Drucker-Prager準則彌補了經典塑性力學僅適于金屬等材料的不足，在巖土材料塑性分析中得到廣泛應用。但破壞準則均是將基本強度參數內聚力和摩擦系數視為常數，適用于各向同性連續介質力學模型。多數巖體受層理、節理結構面的影響具有不同程度的各向異性特征。層狀結構巖體一般在平行于層面的各個方向上力學性質較為相近，而在垂直層理方向上的巖體物理力學性質則差異較大。此時可將巖體等效為橫觀各向同性或正交各向異性體。

如何在巖體工程設計和分析過程中考慮各向異性對巖體應力分布、變形情況以及破壞力學行為的影響，一直受到國內外學者的重視。當巖體各向異性特征顯現時，巖體固有的各向異性性狀與巖體的各向同性理論假定相矛盾，這就導致采用均勻、連續、各向同性介質的理論模型進行巖體工程分析帶來不同程度的偏差。而目前各向異性巖體破壞準則存在著部分參數取值困難、經驗性較強、適應性較差等問題，導致實用性不足。建立考慮各向異性的破壞準則和本構關系，對于合理評價各向異性顯現時地下或地面巖體工程的穩定性、安全性以及正確分析預測巖體的變形和破壞情況均具有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種層狀巖體破壞準則及其確定方法，以實現層狀巖體破壞準則的快速、準確確定，為合理評價各向異性顯現時地下或地面巖體工程的穩定性、安全性以及正確分析預測巖體的變形和破壞情況提供支撐。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：

本發明的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)