[發明專利]一種適用于巖石干濕環境的蠕變模型建立方法

在審

• 申請號: 202211387767.5
• 申請日: 2022-11-07
• 公開（公告）號: CN116150942A
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 徐國平;龐建勇;黃建雨;石偉;崔躍;金昊鵬
• 申請（專利權）人: 安徽理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/18;G06F17/11
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種適用于巖石干濕環境的蠕變模型建立方法，對巖石進行不同干濕循環次數后，通過分級加載方式進行單軸蠕變試驗；根據玻爾茲曼疊加理論，對巖石蠕變試驗得到的數據進行分段處理，得到了巖石試件在不同干濕循環次數下的蠕變曲線；利用數據分析軟件對試件在經歷干濕循環作用后的壓縮破壞過程進行模擬；本發明提出的巖石干濕環境的蠕變模型建立的方法有利于開展干濕循環巖石力學性能影響的研究，對地下巖土工程的安全建設具有重要意義。

技術領域

本發明涉及巖土技術領域，具體來說涉及一種適用于巖石干濕環境的蠕變模型建立方法。

背景技術

我國幅員遼闊，水域眾多，水巖相互作用可以說無時無刻不在發生。人們在進行巖土工程建設以及地下空間開發的過程中，往往會遇到各種水巖相互作用導致的工程安全問題。因此，開展干濕循環對巖石力學性能影響的研究，對地下巖土工程的安全建設具有重要意義。

但是目前對于水巖相互作用下巖石的蠕變研究相對較少，本發明提出的一種適用于巖石干濕環境的蠕變模型建立方法，有助于研究巖石的強度變化特征，損傷機理以及流變規律，為地下含水巖層在進行施工時提供了基礎數據的研究，為城市地下巖土工程建設和礦產資源開采過程中的巖土穩定性分析提供了可靠的依據。

發明內容

本發明提出一種適用于巖石干濕環境的蠕變模型建立方法，可有效的研究巖石的強度變化特征、損傷機理以及流變規律，包括以下步驟：

S1：對巖石進行不同干濕循環次數后，通過分級加載方式進行單軸蠕變試驗；

S2：根據玻爾茲曼疊加理論，對巖石蠕變試驗得到的數據進行分段處理，得到了試件的蠕變曲線；

S3：利用數據分析軟件對試件在經歷干濕循環作用后的壓縮破壞過程進行模擬，并建立非線性蠕變模型；

S4：根據實驗數據采用最小二乘法進行參數反演，確定蠕變模型參數值。

在步驟S1中，需要對巖石進行多次單軸壓縮以確定巖石單軸抗壓強度。

在步驟S2中：巖石均經歷減速蠕變階段、等速蠕變階段和加速蠕變階段三個階段，并通過等時應力-應變曲線法獲得巖石的長期強度。

在步驟S3中：提出巖石在干濕環境下的非線性蠕變模型由彈簧、Newton體、塑性元件和干濕-損傷黏性元件組成。包括以下步驟：

A1.采用彈簧描述巖石蠕變瞬時變形特征，其蠕變本構方程：

其中，ε₁表示彈簧的應變；σ表示模型受到的應力；E₁表示彈簧的彈性模量；

A2.采用Kelvin體描述巖石等速蠕變特征，Kelvin體的蠕變方程為：

其中，η₁表示Kelvin體的粘滯系數；E₂表示分數階Kelvin體的彈性模量；

A3.采用干濕-損傷黏性元件描述巖石在干濕循環后的損傷，其本構方程為：

σ＝η₂(N)e^-α(N)t

其中，η₂表示干濕循環N次后干濕-損傷黏性元件的粘滯系數；α(N)表示干濕循環N次時的巖石材料系數；

A4.采用塑性元件與干濕-損傷黏性元件并聯以描述巖石加速蠕變特征，其本構方程為：

σ＝σ_s+η₂(N)e^-α(N)t

其中，σs表示塑性元件的屈服極限；