[发明专利]硬岩冻融损伤长期变形模型的构建方法

说明书

本发明公开了一种硬岩冻融损伤长期变形模型的构建方法，其包括对岩石试样进行不同冻融循环次数的冻融循环试验；采用单轴压缩试验获取不同冻融循环次数的岩石试样的瞬时冻融损伤变量；采用单轴蠕变试验获取不同冻融循环次数的岩石试样的长期冻融损伤变量；根据胡克体、卡尔文体，非线性粘塑性体、摩尔库伦体、瞬时冻融损伤变量和长期冻融损伤变量，构建引入冻融的硬岩流变损伤本构模型；采用Laplace及Laplace逆变换对硬岩流变损伤本构模型求特解，得到硬岩冻融损伤长期变形模型。

技术领域

本发明涉及岩石力学性能研究领域，具体涉及硬岩冻融损伤长期变形模型的构建方法。

背景技术

冻融硬岩流变损伤是指硬岩在冻融循环条件下长期受荷而产生疲劳受损，发生流变变形的情况。硬岩为一种特殊材料，具有复杂的成分和结构，内部含有大量微裂纹，而其正是主导岩体力学特性的重要因素。在高寒地区的硬岩会受到冻融循环作用，导致内部劣化现象严重。在冻融循环作用下，硬岩内部微缺陷会不断孕育、产生和扩展，进而加速风化，表现为岩体力学性能的损伤，当这种细观结构变化达到一定程度就会导致岩体的损伤和破坏。从微观上来看，由于岩石内部分布的初始裂纹在季节更替和昼夜温度交替作用下，岩体孔隙内水份不断发生相变，伴随岩体内部对温度敏感的矿物产生不同程度的冻胀融缩，导致初始裂缝疲劳受损，次生裂缝产生，宏观上表现为其力学性能减弱，长期受荷性能变差。

目前，冻融硬岩长期变形研究可通过室内冻融流变试验进行定量化分析，但由于硬岩选取的随机性及试验误差造成数据离散性较大，构建的方程不能较准确的推断硬岩变形情况，而建立硬岩冻融损伤流变本构模型并进行试验数据拟合可进一步定性定量化对硬岩长期变形进行预测，拟合出正确的本构模型不仅能对硬岩变形机理给予描述，还可反映其内部分损伤机理。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的硬岩冻融损伤长期变形模型的构建方法构建的模型可精确描述冻融损伤岩体长期受荷的变形状况，达到对寒区岩体变形的可靠预测。

为了达到上述发明目的，提供一种硬岩冻融损伤长期变形模型的构建方法，其包括：

对岩石试样进行不同冻融循环次数的冻融循环试验；

采用单轴压缩试验获取不同冻融循环次数的岩石试样的瞬时冻融损伤变量；

采用单轴蠕变试验获取不同冻融循环次数的岩石试样的长期冻融损伤变量；

根据胡克体、卡尔文体，非线性粘塑性体、摩尔库伦体、瞬时冻融损伤变量和长期冻融损伤变量，构建引入冻融的硬岩流变损伤本构模型：

当σσ_s时，硬岩流变损伤本构模型为：

当σ≥σ_s时，且t≤t_s时，硬岩流变损伤本构模型为：

当σ≥σ_s时，且tt_s时，硬岩流变损伤本构模型为：

其中，σ为t时刻岩石试样所对应的应力，为σ的一阶导数，为σ的二阶导数；σ_s为岩石试样的蠕变屈服强度；ε为t时刻岩石试样所对应的应变，为ε的一阶导数，为ε二阶导数；E₀为岩石试样的瞬时弹性系数，E₁为岩石试样的弹性模量；η₁为岩石试样稳定蠕变所对应的粘滞系数，η₂为岩石试样加速蠕变所对应的粘滞系数；n为待定试验参数；t_s为加速流变发生的初始时刻；t₀为单位参考时间；D_F为瞬时冻融损伤变量；D_c为长期冻融损伤变量；