[發(fā)明專利]一種新的軟弱巖體流變本構(gòu)模型的構(gòu)建及參數(shù)識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110412106.2
• 申請日: 2021-04-16
• 公開（公告）號: CN113297720B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅慈友;閆自海;崔昊;王紫娟;沈碧輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01N3/08;G06F119/14
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

本發(fā)明提供一種新的軟弱巖體流變本構(gòu)模型的構(gòu)建及參數(shù)的識別方法，包括以下步驟：將彈性體、粘性體、粘彈性體和黏塑性體進(jìn)行串聯(lián)，建立一種新的軟弱巖體的流變本構(gòu)模型；開展軟弱巖體試樣的壓縮蠕變試驗(yàn)，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制流變試驗(yàn)曲線，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)及軟弱巖體的變形破壞特征，并采用Levenberg?Marquardt方法進(jìn)行模型參數(shù)的識別。本發(fā)明可以描述現(xiàn)場軟弱巖體的逐漸劣化彈性變形、衰減蠕變、穩(wěn)定蠕變和加速蠕變?nèi)A段變形特征，且可通過參數(shù)識別方法獲取試驗(yàn)軟弱巖體的蠕變參數(shù)，對于現(xiàn)場軟弱巖體，且存在全階段蠕變特征的工程軟巖，該模型可更準(zhǔn)確地描述其流變特征，基于該模型的軟巖工程長期變形分析更加準(zhǔn)確有效。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖石工程技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種適用于軟弱巖體的流變本構(gòu)模型的構(gòu)建及參數(shù)識別方法。

背景技術(shù)

巖石的流變本構(gòu)模型是用于描述巖石的應(yīng)力-應(yīng)變-時(shí)間之間關(guān)系的數(shù)學(xué)物理模型，是建立起巖石流變試驗(yàn)-理論-應(yīng)用之間聯(lián)系的媒介。最新的軟弱巖體試樣流變試驗(yàn)研究表明：軟弱巖體的蠕變變形包含瞬時(shí)變形、衰減蠕變變形、穩(wěn)定蠕變變形以及加速蠕變變形；應(yīng)力水平低于某一應(yīng)力閾值時(shí)，軟弱巖體的蠕變先后包含有瞬時(shí)彈性變形、黏彈性變形和黏性流動變形，模型中應(yīng)包含彈性元件和黏性元件；應(yīng)力水平高于某一應(yīng)力閾值后，軟弱巖體的蠕變先后快速地經(jīng)歷瞬時(shí)彈性變形、黏彈性變形、黏性流動變形和黏塑性變形；且軟弱巖體彈性模量受應(yīng)力水平影響較為顯著，應(yīng)考慮彈性元件隨加載發(fā)生的損傷劣化。而目前缺乏能準(zhǔn)確描述現(xiàn)場軟弱巖體以上全部特征的流變本構(gòu)模型。有必要基于以上軟弱巖體流變特征，構(gòu)建新的流變本構(gòu)模型及參數(shù)識別方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新的軟弱巖體流變本構(gòu)模型的構(gòu)建方法，該模型可以更準(zhǔn)確地描述軟弱巖體衰減蠕變、穩(wěn)定蠕變和加速蠕變?nèi)A段特征，并且可以通過本發(fā)明的參數(shù)識別方法獲取試驗(yàn)軟弱巖體的蠕變參數(shù)，為礦井深部軟弱工程巖體穩(wěn)定性分析提供依據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種軟弱巖體流變本構(gòu)模型的構(gòu)建及參數(shù)識別方法，包括如下步驟：

1)建立蠕變本構(gòu)模型：將彈性體、粘性體、粘彈性體和黏塑性體進(jìn)行串聯(lián)，彈性體為隨加載發(fā)生損傷劣化的彈簧元件，粘性體為理想粘性體元件，粘彈性體為Abel黏壺元件，粘塑性體為NAVPB體；

考慮到軟弱巖體彈性模量隨著應(yīng)力水平的增大，存在著較為顯著的衰減，分析其為巖體損傷引起，所述彈簧元件的本構(gòu)方程為：

式中：σ為應(yīng)力，ε_e為彈性應(yīng)變，E₀為初始彈性模量，α為損傷影響程度系數(shù)。

所述理想粘性體元件的本構(gòu)方程為：

式中：η₁粘滯系數(shù)，t為試驗(yàn)加載時(shí)間，ε_v為粘性應(yīng)變。

所述Abel黏壺的本構(gòu)方程為：

式中：η₂為粘滯系數(shù)，β為階數(shù)，ε_ve為粘彈性應(yīng)變。

所述NAVNP體本構(gòu)關(guān)系為：

式中：σ_s為應(yīng)力閾值，η₃為粘性系數(shù)，t_F為加速蠕變啟動時(shí)間點(diǎn)，ε_vp為粘塑性應(yīng)變，算子H(t)有如下關(guān)系式：

所建立的流變本構(gòu)模型的本構(gòu)關(guān)系為：

2)確定模型參數(shù)：開展軟弱巖體試樣的單軸壓縮蠕變試驗(yàn)，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，繪制蠕變試驗(yàn)曲線，基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行模型參數(shù)的識別。