[发明专利]基于临界状态动态移动的材料破坏预测预报法

说明书

本发明提供一种基于临界状态动态移动的材料破坏预测预报法，包括以下步骤：步骤1.以理论研究、数值分析和现场判定为基础，决定现状材料破坏的临界状态点或线，并确定破坏区和非破坏区，通过测量研究，建立几何描述方程；步骤2.分析研究对象的比重分布特征，建立比重方程；步骤3.分析破坏区和非破坏区的边界条件应力特征，建立边界条件应力方程；步骤4.将研究对象划分成规则的不同区域加以研究，并分析连续和不连续物理力学量，建立相应的物理力学量求解方法；步骤5.选取应力表示方程，并计算出各常系数；步骤6.结合材料峰值强度准则、本构方程、和现场监测情况，根据临界状态动态移动规律，实施材料破坏的预测预报。

技术领域

本发明属于力学、土木工程和地质工程等与力和变形相关计算方法的技术领域，具体涉及一种基于临界状态动态移动的材料破坏预测预报法。

背景技术

自然灾害、人类营建构筑物破坏等均不同程度造成财产和生命损失，因而对自然灾害等破坏的发生，从力和变形的基础上实施预测预报是非常必要的。现行应力和变形求解往往建立在有限单元等数值计算方法上，有限单元法对于二维结构采用以点带面的计算方式，对三维结构采用以点代体的计算方式，因此对于不同大小的单元，计算结果往往是不相同的；在进行数值计算时，通常采用线性方法求解非线性问题，即初应力法，由于采用不同的收敛标准，导致计算的结果也会不一样。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于临界状态动态移动的材料破坏预测预报法，能够基于力边界条件、力平衡条件和临界状态破坏点应力条件等，实施材料破坏的预测预报。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种基于临界状态动态移动的材料破坏预测预报法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.以理论研究、数值分析和现场判定为基础，决定现状材料破坏的临界状态点或线(分别针对二维或三维)，并确定破坏区和非破坏区，同时测量研究对象(含破坏区和非破坏区)的宏观几何特征，建立与宏观几何特征相对应的几何描述方程；步骤2.分析研究对象的比重分布特征，建立研究对象在研究区域的比重方程；步骤3.分析研究对象破坏区和非破坏区的边界条件应力特征，建立与边界条件应力特征相对应的边界条件应力方程；步骤4.根据研究对象的特征，将研究对象划分成规则的不同区域加以研究(如：针对二维：三角形、四边形等，针对三维：四面体、六面体等)，特别是将破坏区和非破坏区加以分开，并分析连续和不连续物理力学量(如：针对以压剪破坏为主的推移式滑坡破坏后区，其抗剪应力与驱动下滑应力两者不连续等，但垂直滑面的压应力和反压应力是连续的)，建立不连续物理力学量求解方法(如：针对滑坡，由于抗剪应力与驱动下滑应力两者不连续，则抗剪应力可以按照专利：一种边坡渐进破坏潜在滑动面的计算方法，专利号：201510658880.6求解)；在物理力学量连续区域，相对应的应力等必须连续；步骤5.选取应力表示方程，应力表示方程满足研究对象破坏区和非破坏区相对应的力、应力和(或)弯矩平衡方程(见：一种基于力边界和平衡条件的应力求解法，专利号：201611034900.3)；在临界状态点或线(分别针对二维或三维)，满足材料相应的峰值强度准则，并计算出各常系数；步骤6.结合材料峰值强度准则(如：摩尔库伦准则、Griffth准则等)，可以决定研究对象后续的破坏路径，亦即决定潜在破坏面；在对受力特性详细分析的基础上，结合本构方程，对研究对象的变形特征进行研究，结合现场监测，计算变形与现场监测进行对比分析，确定研究对象的行为特征，根据临界状态动态移动规律，实施材料破坏的预测预报。本发明是在假设研究对象应力满足边界和平衡条件，破坏点满足强度准则，从而针对研究对象的破坏过程实施预测预报，可以预报研究对象在任意几何形状中的应力、变形和破坏分布特征。该方法的提出将对大坝、桥梁、边坡、路基、房屋、隧道、夹杂、巷道、涵洞等各种营建构筑物的动静态加卸载破坏过程实施预测预报。