[发明专利]一种考虑节理蠕变的大跨度隧道围岩时效安全度分析方法

权利要求书

1.一种考虑节理蠕变的大跨度隧道围岩时效安全度分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：定义具有非线性黏滞系数η₂(t)的非线性黏壶元件，所述非线性黏壶元件用以表征岩质体的在加速蠕变阶段的特性；

S2：提出一种非线性西原遍布节理应变软化蠕变模型，将围岩节理与蠕变参数相结合，以描述节理发生屈服后，岩质体的黏聚力c和内摩擦角φ所代表的岩质体软化的程度；

S3：推导出所述非线性西原遍布节理应变软化蠕变模型的改进单元安全度分段函数，以定量评价岩质体材料从弹性到屈服最后破坏的安全程度。

2.根据权利要求1所述的一种考虑节理蠕变的大跨度隧道围岩时效安全度分析方法，其特征在于，所述非线性西原遍布节理应变软化蠕变模型包括串联的Hooke弹簧、黏弹性Kelvin体、黏塑性Binham体和应变软化塑性元件；所述黏塑性Binham体包括并联的非线性黏壶元件和塑性元件；所述黏弹性Kelvin体包括并联的第二弹性元件和第二黏壶元件。

3.根据权利要求1所述的一种考虑节理蠕变的大跨度隧道围岩时效安全度分析方法，其特征在于，所述非线性西原遍布节理应变软化蠕变模型的建立过程为：

所述非线性西原遍布节理应变软化蠕变模型中的非线性黏滞系数η₂(t)的衰减趋势呈指数型关系，因此：

式中：t_c为进入加速蠕变阶段的起始时间；α为调节时间量纲的系数；ε^ps是岩质体进入加速蠕变阶段的对应剪切等效塑性应变；ε^pt是岩质体进入加速蠕变阶段的拉伸等效塑性应变；是岩质体开始进入加速蠕变阶段的等效塑性剪切应变阈值；是岩质体开始进入加速蠕变阶段的等效拉伸塑性应变阈值；

则加速蠕变阶段非线性黏塑性Binham体蠕变速率为：

将公式(2)两端进行积分，得非线性黏塑性体的蠕变方程为：

则所述非线性西原遍布节理应变软化蠕变模型的方程为：

式中：σ_s是长期屈服应力；E₀是Hooke弹簧的弹性模量；E₁黏弹性Kelvin体中弹簧的弹性模量；η₁是黏弹性Kelvin体中黏壶的黏滞系数；当σ≤σ_s时，岩质体材料只发生衰减蠕变，即岩质体处于弹性阶段；当σ＞σ_s，t≤t_c时，岩质体材料只发生等速蠕变，即岩质体处于屈服阶段；当σ＞σ_s，t＞t_c时，岩质体材料发生加速蠕变，即岩质体处于破坏阶段；

由于岩质体的长期强度是衡量岩质体工程耐久性和长期稳定性的重要指标，因此在三维空间中，考虑岩质体的长期强度条件下的非线性西原遍布节理应变软化蠕变模型的方程为：

式中：G₀是Hooke弹簧的剪切模量；G₁是黏弹性Kelvin体剪切模量；S_ij是应力偏张量；S_s是岩质体的长期强度；当S_ij≤S_s时，所述考虑岩质体的长期强度条件下的非线性西原遍布节理应变软化蠕变模型中的黏塑性Binham体不发挥作用，岩质体产生衰减蠕变，即岩质体处于弹性阶段；当S_ij＞S_s，t≤t_c时，黏塑性Binham体发挥作用，岩质体产生等速蠕变阶段，即岩质体处于屈服阶段；当S_ij＞S_s，t＞t_c时，岩质体进入加速阶段，即破坏阶段。