[发明专利]深部岩体键基近场动力学临界伸长率确定方法及系统

说明书

本发明涉及一种深部岩体键基近场动力学临界伸长率确定方法及系统，该方法为基于IA‑BP算法对试件临界伸长率的确定方法；利用分离式霍普金森压杆对所述试件进行动态断裂试验，得到N组训练样本；将步骤S11中得到的训练样本划分成训练集和测试集；设定BP神经网络参数、免疫参数；利用免疫算法优化BP神经网络对训练样本进行训练；利用训练好的BP神经网络模型来反演动态断裂韧度；利用动态断裂韧度计算键基近场动力学的临界伸长率；近场动力学理论模拟裂纹扩展。本发明利用智能算法对训练样本进行训练，然后根据实际情况利用智能算法实现对动态断裂韧度的反演进而确定临界伸长率，提高近场动力学的计算精度。

技术领域

本发明涉及地下工程领域，具体是一种深部岩体键基近场动力学临界伸长率确定方法及系统。

背景技术

在地下工程建设中，岩体通常受到爆破、开挖、钻井等动荷载的影响，由于岩石本身内部存在大量的微缺陷，如裂隙、节理、孔洞等，在施工工程中容易诱发围岩的起裂、扩展与周边的裂纹贯穿，降低围岩的强度，影响围岩的稳定性，随后促使围岩的破坏。此外，随着地下工程建设不断向深部发展，岩体所处地质环境趋于复杂，在地下工程建设中常会受到高地应力、高地温的影响，此时围岩的力学特性会发生变化，进一步地会影响岩体内部裂隙的扩展规律。因此研究深部岩体在动荷载作用下的动态断裂特性及裂纹扩展规律对地下工程建设中动力灾害的防治有着一定意义。

近场动力学作为一种新型的无网格方法，它以位移的空间积分重构了固体力学的运动方程，避免了传统方法在求解不连续处没有定义的问题。而且近场动力学本构关系中本身包含材料的损伤模型，可以自发地模拟裂纹萌生以及沿任意路径扩展的情况。物质点的损伤是通过近场范围内断键数与总键数的比值定义的，而临界伸长率是判断键是否断裂的一个关键参数，它的合理取值对裂纹扩展趋势的预测有着重要的作用。

关于临界伸长率的计算主要是通过临界能量释放率求得，而临界能量释放率又是根据断裂韧度求得，目前关于静态断裂韧度的测量已有大量的研究，关于动态断裂韧度的确定主要是通过准静态法、试验—数值法、试验—数值—解析法。缺少利用智能算法对动态断裂韧度进行反演的研究。此外，岩石作为一种天然的材料，由于岩石材料本身的离散性，同一种类的岩石其本身的力学特性也可能存在差异。

发明内容

发明目的：本发明提出一种深部岩体键基近场动力学临界伸长率确定方法及系统，其目的在于现有方法计算精度不高的问题。该方法通过大量的试验，获取训练样本，利用智能算法对训练样本进行训练，然后根据实际情况利用智能算法实现对动态断裂韧度的反演进而确定临界伸长率，提高近场动力学的计算精度。

本发明采用以下技术方案：

一种深部岩体键基近场动力学临界伸长率确定方法，该方法为基于IA-BP算法对试件临界伸长率的确定方法；所述试件为中心直切槽半圆盘试件、人字形切槽巴西圆盘试件、单裂纹圆孔板试件或者中心裂纹圆盘试件；

步骤S11：利用分离式霍普金森压杆对所述试件进行不同冲击荷载下、不同围压下、不同温度下的动态断裂试验，得到N组训练样本；

步骤S12：将步骤S11中得到的训练样本划分成训练集和测试集；

步骤S13：设定BP神经网络参数、免疫参数；

步骤S14：利用免疫算法优化BP神经网络对训练样本进行训练；

步骤S15：利用训练好的BP神经网络模型来反演动态断裂韧度；

步骤S16：利用步骤S15中得到的动态断裂韧度计算键基近场动力学的临界伸长率；

步骤S17：近场动力学理论模拟裂纹扩展，利用步骤S16中计算出的临界伸长率模拟试件在不同冲击荷载、不同围压、不同温度作用下的裂纹扩展形式。

进一步的，当试件为中心直切槽半圆盘试件时，所述动态断裂韧度可按下式进行计算：