本發(fā)明屬于深部地下工程的巖石動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型基礎(chǔ)研究，具體涉及一種適用于高圍壓高應(yīng)變率的巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型建立方法。

背景技術(shù)：

1、在水利水電、公路、鐵路、礦山、土木等工程中，巖石結(jié)構(gòu)(如邊坡工程、地下結(jié)構(gòu)與隧道、基礎(chǔ)工程等)的變形分析與計(jì)算是各種工程和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必不可少的，也是各種工程和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定控制的重要指標(biāo)。

2、深部巖石通常處于以高圍壓為重要特征的高地應(yīng)力環(huán)境下，其力學(xué)性能及變形規(guī)律會(huì)發(fā)生顯著變化，從而導(dǎo)致圍巖變形呈現(xiàn)強(qiáng)非線(xiàn)性特征，巖石的損傷行為直接關(guān)系到巖石工程的穩(wěn)定與安全，因此，開(kāi)展深部高地應(yīng)力環(huán)境下的巖石本構(gòu)關(guān)系研究具有重要意義。然而，現(xiàn)階段有關(guān)巖石本構(gòu)關(guān)系研究主要圍繞適用于低圍壓強(qiáng)度準(zhǔn)則的本構(gòu)模型，因而難以保證高圍巖情形下所得本構(gòu)模型的計(jì)算精度。導(dǎo)致最終分析結(jié)果與實(shí)際工程可能存在較大偏差，甚至產(chǎn)生誤判。同時(shí)，巖石工程結(jié)構(gòu)經(jīng)常承受如地震、爆破和沖擊等動(dòng)態(tài)荷載的作用，使得相應(yīng)的加載速度或應(yīng)變率等發(fā)生變化，這些因素又將對(duì)巖石力學(xué)行為產(chǎn)生重要的影響，顯然，現(xiàn)有靜態(tài)荷載下的本構(gòu)模型難以反映這種動(dòng)態(tài)效應(yīng)。

3、因此，為更準(zhǔn)確地描述并預(yù)測(cè)巖石的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為，開(kāi)發(fā)能夠反映實(shí)際加載速度和應(yīng)變率影響的巖石動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例的目的是提供一種適用于高圍壓高應(yīng)變率的巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型建立方法，為此，推導(dǎo)新型非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)強(qiáng)度準(zhǔn)則，構(gòu)建能夠反映巖石動(dòng)態(tài)變形特性的巖石微元強(qiáng)度度量方法，將統(tǒng)計(jì)損傷理論引入到巖石動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型中，提出模型參數(shù)計(jì)算方法，建立巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型，并考慮不同概率密度分布函數(shù)形式對(duì)本構(gòu)模型曲線(xiàn)的影響，開(kāi)展巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型敏感性分析，從而可以解決背景技術(shù)中涉及的至少一個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

2、為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種適用于高圍壓高應(yīng)變率的巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型建立方法，包括如下步驟：

4、步驟s1，引入非線(xiàn)性mohr-coulomb和hoek-brown強(qiáng)度準(zhǔn)則，基于熱活化和黏性機(jī)制的巖石動(dòng)態(tài)強(qiáng)度與應(yīng)變率依賴(lài)的強(qiáng)度準(zhǔn)則，建立考慮應(yīng)變速率效應(yīng)的非線(xiàn)性巖石動(dòng)態(tài)強(qiáng)度準(zhǔn)則；

5、步驟s2，計(jì)算巖石動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度參數(shù)，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)強(qiáng)度準(zhǔn)則的適用性；

6、步驟s3，構(gòu)建能夠反映巖石動(dòng)態(tài)變形特性的巖石微元強(qiáng)度度量方法，將統(tǒng)計(jì)損傷理論引入到巖石動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型中；

7、步驟s4，建立模擬巖石動(dòng)態(tài)變形過(guò)程的巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型，提出本構(gòu)模型參數(shù)的計(jì)算公式；

8、步驟s5，通過(guò)與巖石動(dòng)態(tài)三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，驗(yàn)證巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型的合理性；

9、步驟s6，圍繞現(xiàn)有描述巖石微元強(qiáng)度的weibull分布函數(shù)，并引入harris分布和gaussian分布兩種概率密度函數(shù)，考慮不同概率密度分布函數(shù)形式對(duì)本構(gòu)模型曲線(xiàn)的影響，開(kāi)展巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型敏感性分析。

10、本發(fā)明相較于現(xiàn)有技術(shù)，其有益效果在于：

11、1、本發(fā)明考慮巖石動(dòng)態(tài)應(yīng)變率對(duì)巖石強(qiáng)度的非線(xiàn)性影響特點(diǎn)，引入非線(xiàn)性mohr-coulomb和hoek-brown強(qiáng)度準(zhǔn)則，基于熱活化和黏性機(jī)制的巖石單軸動(dòng)態(tài)強(qiáng)度與應(yīng)變率依賴(lài)的強(qiáng)度準(zhǔn)則，建立了適用于高圍壓條件的非線(xiàn)性巖石動(dòng)態(tài)強(qiáng)度準(zhǔn)則，為深部地下工程統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型建立提供了新的思路，拓展了統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型的應(yīng)用范圍。

12、2、本發(fā)明建立了能夠反映巖石動(dòng)態(tài)變形特性的巖石微元強(qiáng)度度量方法，引入統(tǒng)計(jì)損傷理論，建立了模擬巖石動(dòng)態(tài)三軸變形過(guò)程的統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型及其參數(shù)確定方法；通過(guò)模型理論曲線(xiàn)以及試驗(yàn)曲線(xiàn)的比較分析，表明了本發(fā)明基于非線(xiàn)性mohr-coulomb準(zhǔn)則和hoek-brown準(zhǔn)則模型都能模擬非線(xiàn)性變形過(guò)程，較好的模擬曲線(xiàn)，具有合理性與優(yōu)越性。

13、3、本發(fā)明在建立的動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)損傷模型的基礎(chǔ)上，引入harris分布和gaussian分布兩種分布函數(shù)，建立巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型，通過(guò)與已有的weibull分布模型的對(duì)比研究，基于weibull分布和gaussian分布的模型曲線(xiàn)能更好的反映巖石的軟化性，更符合實(shí)際情況，不同概率分布函數(shù)都有優(yōu)勢(shì)和局限性，可根據(jù)具體情況選擇和調(diào)整概率分布函數(shù)。

14、4、本發(fā)明提供的方法步驟簡(jiǎn)單，充分考慮了工程實(shí)際需求，適用面廣且應(yīng)用前景廣泛，有效地彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)在深部高地應(yīng)力下模型曲線(xiàn)不能較好模擬巖石非線(xiàn)性變化的過(guò)程，對(duì)深部地下工程結(jié)構(gòu)的巖石動(dòng)態(tài)變形過(guò)程模擬方法具有非常重要的意義。

技術(shù)特征：

1.一種巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型建立方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟s1中，建立考慮應(yīng)變速率效應(yīng)的非線(xiàn)性巖石動(dòng)態(tài)強(qiáng)度準(zhǔn)則，具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟s2中，計(jì)算巖石動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度參數(shù)，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)強(qiáng)度準(zhǔn)則，具體包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，步驟s3具體包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟s4具體包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，步驟s5中，驗(yàn)證巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型的合理性，具體包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟s6中，引入harris分布和gaussian分布兩種概率密度函數(shù)，考慮不同概率密度分布函數(shù)形式對(duì)巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型曲線(xiàn)的影響，具體包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型中的參數(shù)采用以下方法確定：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型建立方法，屬于深部地下工程的巖石動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型基礎(chǔ)研究技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括引入非線(xiàn)性Mohr?Coulomb和Hoek?Brown強(qiáng)度準(zhǔn)則，基于熱活化和黏性機(jī)制的巖石動(dòng)態(tài)強(qiáng)度與應(yīng)變率依賴(lài)的強(qiáng)度準(zhǔn)則，推導(dǎo)考慮應(yīng)變速率效應(yīng)的非線(xiàn)性巖石動(dòng)態(tài)強(qiáng)度準(zhǔn)則；構(gòu)建能夠反映巖石動(dòng)態(tài)變形特性的巖石微元強(qiáng)度度量方法，建立巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型；開(kāi)展巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型敏感性分析。該方法有效建立適用于高圍壓高應(yīng)變率下的巖石動(dòng)態(tài)三軸統(tǒng)計(jì)損傷本構(gòu)模型，從而準(zhǔn)確模擬深部高圍壓巖石在動(dòng)荷載作用下的非線(xiàn)性變形過(guò)程，可應(yīng)用于深部地下工程的巖石動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型基礎(chǔ)研究技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)研發(fā)人員：李翔,王焱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26