[发明专利]一种基于最大剪应变与主拉应变的岩石损伤确定方法

说明书

本发明公开了一种基于最大剪应变与主拉应变的岩石损伤确定方法，所述方法包括：确定岩石主拉应变损伤阈值和最大剪应变损伤阈值；根据当前应力状态，计算各单元等效拉应变和最大剪应变；判断岩石计算单元是否超过阈值，计算并记录岩体各单元损伤变量值；依据各单元损伤变量值得到岩体损伤分布状态。本发明考虑倾倒松弛岩体潜在的以受剪和受拉为主的复杂变形模式，引入了综合考虑最大剪应变和主拉应变的损伤变量，能够更准确地描述倾倒松弛岩体的损伤情况与潜在的变形失稳特征，对于倾倒松弛岩石边坡的安全性评价分析具有重要的参考意义和应用价值。

技术领域

本发明涉及一种岩石损伤确定方法，尤其涉及一种基于最大剪应变与主拉应变的岩石损伤分布的确定方法，属于岩土工程领域。

背景技术

倾倒松弛岩体作为一种特殊的工程地质现象，在山区水电建设中，严重威胁人员、设备和水工建筑物的安全，一旦失事会给工程带来较大的经济损失。国内外坝址的选择，一般都避开倾倒变形岩体。因此，在倾倒变形岩体中修建工程的经验较少。通常情况下，边坡岩体从变形到失稳需经历较长时间，经历时间越长，所涉及的变形岩体范围会越大，存在的危害会越严重。以往工程实践证明，边坡倾倒滑移变形体的持续发展，不仅直接影响到水电站建设的安全生产，同时也严重威胁到水电设施建筑物的安全。

根据当前署名发明人的工作发现，倾倒松弛岩体常常在底部沿断层处发生倾倒-剪切滑移变形，在上部岩体后缘处发生张拉或拉剪变形破裂，呈现为受底部滑移变形控制的前缘及深部剪切、后缘拉裂的复合变形模式。对于具有这种复杂变形特征的工程岩体，往往无法得到统一的损伤演化方程，现有的损伤模型也无法准确描述这些特征，无法针对岩体的稳定性给出可靠的评价。

发明内容

发明目的：针对如何及时监测岩体稳定性的问题，本发明提出一种基于最大剪应变与主拉应变的岩石损伤确定方法，能够更准确地描述倾倒松弛岩体的损伤情况与潜在的变形失稳特征。

技术方案：一种基于最大剪应变与主拉应变的岩石损伤确定方法，包括以下步骤：

(1)根据岩石材料的强度和变形参数，分别确定岩石的主拉应变损伤阈值ε₀和最大剪应变损伤阈值γ₀；

(2)开展有限元数值模拟，根据指定时刻岩石各单元的应力张量和应变张量，计算各单元的等效拉应变和最大剪应变γ_max；

(3)根据岩石各单元在指定时刻等效拉应变与主拉应变损伤阈值ε₀的对比，以及最大剪应变γ_max与最大剪应变损伤阈值γ₀的对比，判断各单元的损伤情况，并计算其损伤变量值；

(4)根据岩石各单元的损伤变量值，得到岩体的损伤分布状态。

其中，在步骤(1)中，主拉应变损伤阈值ε₀按照下式得到：ε₀＝σ^t/E，其中σ^t为岩石抗拉强度，E为岩石弹性模量；最大剪应变损伤阈值γ₀取为岩体进入屈服时的极限剪应变γ_y，即γ₀＝γ_y。

在步骤(2)中，岩石单元的等效拉应变计算方式为：其中ε₁、ε₂和ε₃分别为岩石单元在空间三个方向的主应变，涉及尖括号〈x〉的运算法则均为

步骤(2)中，岩石单元的最大剪应变计算方式为：γ_max＝0.5×(σ₁-σ₃)/G，σ₁、σ₂和σ₃分别为岩石单元在空间三个方向的主应力，G为剪切模量。