[发明专利]一种深部硬岩损伤演化本构模型建立方法

说明书

本发明提供了一种深部硬岩损伤演化本构模型建立方法，首先建立考虑残余应力特征的深部岩石损伤本构模型，基于建立的考虑残余应力特征的深部岩石损伤本构模型，引入反映应力跌落速率的修正系数，构建考虑应力跌落速率与应力跌落幅度的损伤本构模型；基于构建的考虑应力跌落速率与应力跌落幅度的损伤本构模型，推导损伤本构模型参数的理论公式；进行深部硬岩力学试验，对损伤本构模型进行验证。本发明提供的深部硬岩损伤演化本构模型建立方法，建立的模型可以准确反映出深部硬岩在应变软化阶段表现出来的应力跌落速率快、幅度大的特征，对模型进行分析，可以得到Weibull参数、修正系数对于理论曲线形态特征的影响规律。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种深部硬岩损伤演化本构模型建立方法。

背景技术

岩石是一种非均质的地质材料，本构关系复杂，其研究一直是岩石力学和岩土工程的一个重要方面，受到工程界的普遍重视。本构模型是岩土工程力学计算的基础，由于本构模型构建不合理而导致岩土工程事故、矿山资源的浪费和岩土工程经济损失等时有发生。因此，深入开展本构模型的研究是保障岩土工程合理设计、安全施工、确保效益的基础，具有重要的科学研究意义和工程应用价值。现有技术在构建深部硬岩损伤演化本构模型时，往往会忽略应力跌落速率的影响，导致模型构建不准确，因此，设计一种考虑应力跌落速率与应力跌落幅度的损伤本构模型的构建方法是十分有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种深部硬岩损伤演化本构模型建立方法，建立的模型可以准确反映出深部硬岩在应变软化阶段表现出来的应力跌落速率快、幅度大的特征，对模型进行分析，可以得到Weibull参数、修正系数对于理论曲线形态特征的影响规律，对深入开展本构模型的研究具有重要的科学意义。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种深部硬岩损伤演化本构模型建立方法，包括如下步骤：

步骤1：构建考虑残余应力特征的深部岩石损伤本构模型；

步骤2：基于步骤1中构建的考虑残余应力特征的深部岩石损伤本构模型，引入反映应力跌落速率的修正系数，构建考虑应力跌落速率与应力跌落幅度的损伤本构模型；

步骤3：基于考虑应力跌落速率与应力跌落幅度的损伤本构模型，推导损伤本构模型参数的理论公式；

步骤4：进行深部岩石力学试验，通过试验数据及步骤3中理论公式对构建的考虑残余应力特征的深部岩石损伤本构模型进行验证。

可选的，步骤1中所述构建考虑残余应力特征的深部岩石损伤本构模型，具体为：

将受轴向荷载作用的岩石微元划分为未损伤微元及损伤微元，两个微元共同承受轴向应力，假设岩石微元破坏后，损伤微元的承载力下降为残余应力σ_r，未损伤微元服从广义胡克定律：

式中为未损伤微元分别在3个不同方向上的有效应力，为未损伤微元在轴向方向上的有效应变，E为未损伤微元的弹性模量，μ为未损伤微元的泊松比；

假设在轴向方向上的微元总面积为A，其名义轴向应力和名义轴向应变分别为σ₁和ε₁；其中未损伤微元的面积为A₁，有效轴向应力和有效轴向应变分别为和损伤微元的面积为A₂，轴向应力为残余应力σ_r，轴向方向的变形为ε_r；根据未损伤微元及损伤微元共同承受轴向应力得：

A＝A₁+A₂ (3)

将轴向方向损伤微元的面积与微元总面积的比值定义为损伤变量D：