專利名稱：一種采用殘余強度構(gòu)建損傷巖石本構(gòu)關(guān)系的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及構(gòu)建損傷巖石本構(gòu)關(guān)系的方法，特別是涉及一種采用殘余強度構(gòu)建損傷巖石本構(gòu)關(guān)系的方法。
背景技術(shù)：
本構(gòu)關(guān)系是表征材料力學(xué)性質(zhì)的數(shù)學(xué)關(guān)系。為了預(yù)測物體在荷載的作用下的力學(xué)響應(yīng)，必須先確定物體的組成材料符合的本構(gòu)關(guān)系。本構(gòu)關(guān)系是研究材料力學(xué)性能的理論基礎(chǔ)。巖石是一種含原始損傷和缺陷的非勻質(zhì)材料，巖石的宏觀破壞現(xiàn)象可以看作是許多微細(xì)觀破壞的平均效用的疊加?，F(xiàn)有的技術(shù)方案中關(guān)于構(gòu)建巖石損傷本構(gòu)關(guān)系主要有兩方面途徑。一方面是以試驗為基礎(chǔ)，假設(shè)在荷載作用下巖石損傷變量和應(yīng)力-應(yīng)變服從某種特定的關(guān)系模式，然后用該模型來模擬巖石試驗得到的實測全應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，求其參數(shù)。實際巖石損傷不僅受到巖石內(nèi)部隨機(jī)分布的缺陷支配，還受到巖石內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)控制，因而此類本構(gòu)關(guān)系存在一定的局限性。另一方面是從巖石微元強度服從隨機(jī)分布的特點出發(fā)，推導(dǎo)損傷變量與應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)關(guān)系，從而建立巖石統(tǒng)計損傷本構(gòu)關(guān)系，并用它來模擬實驗結(jié)果，但在研究中假定微元破壞符合Drucker-Prager準(zhǔn)則時，因結(jié)果偏為保守而缺乏合理性；假定微兀破壞符合Mohr-Coulomb準(zhǔn)則時，因Mohr-Coulomb準(zhǔn)則無法描述拉應(yīng)力區(qū)、低應(yīng)力區(qū)和高應(yīng)力區(qū)的破壞強度，依此建立的本構(gòu)關(guān)系亦有一定的局限性。E. Hoek等提出的 Hoek-Brown 經(jīng)驗強度準(zhǔn)則(Hoek, E.，Carranza C. T.，Corkum, B. . Hoek-Brown FailureCriterion2002Edition[C]//Proceedings of the North American Rock MechanicsSocietyMeeting. Toronto [s. n. ],2002 :267-273.)綜合考慮多種因素影響，能較好的反映巖體的非線性破壞特征，彌補了 Drucker-Prager準(zhǔn)則和Mohr-Coulomb準(zhǔn)則的不足,而且能解釋低應(yīng)力區(qū)、拉應(yīng)力區(qū)及最小主應(yīng)力對強度的影響，由于Hoek-BiOwn經(jīng)驗強度準(zhǔn)則是巖土工程界一個較新理論，應(yīng)用并不廣泛。另外，由于摩擦和圍壓的影響，巖石全應(yīng)力-應(yīng)變曲線中后期的巖樣仍具有一定的殘余強度，表現(xiàn)為黏聚力為零的純摩擦，多數(shù)情況下，峰后殘余強度試驗值曲線近似為水平直線，而巖石微元破壞后仍繼續(xù)傳遞部分壓應(yīng)力和剪應(yīng)力的特征。巖石隨著圍壓的增大，殘余強度的增加幅度比峰值強度大，殘余強度逐漸成為影響巖石全應(yīng)力-應(yīng)變曲線峰后段的主要因素，而現(xiàn)有技術(shù)方案中，均未采用考慮到的殘余強度的影響，因此，無法建立與實際情況精準(zhǔn)吻合的損傷巖石本構(gòu)關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于已有技術(shù)方案的不足，本發(fā)明提出一種采用殘余強度構(gòu)建損傷巖石本構(gòu)關(guān)系的方法，基于巖石應(yīng)變強度理論以及巖石微兀強度服從Weibull隨機(jī)分布的假設(shè),考慮巖石峰后殘余強度對損傷變量的影響，在微元破壞符合Hoek-BiOwn屈服準(zhǔn)則條件下，建立了能夠反映巖石峰后軟化特征的三維損傷統(tǒng)計本構(gòu)關(guān)系；然后，依據(jù)巖石試驗全應(yīng)力-應(yīng)變 曲線的幾何特征，求解出本構(gòu)關(guān)系參數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種采用殘余強度構(gòu)建損傷巖石本構(gòu)關(guān)系的方法，該方法包括了以下步驟(1)采用巖石室內(nèi)三軸壓縮試驗，測取巖樣的軸壓0l、圍壓o3、峰值強度應(yīng)變 e i。、殘余強度Op計算巖石彈性模量E和泊松比U，所述巖石彈性模量為E — ( o o 3) (50)/ e h(50)式中(o「o 3) (50)是實際主應(yīng)力差的50% ,單位為Pa ； e h(50)是(o「o 3) (50)對應(yīng) 的軸向壓縮應(yīng)變。(2)根據(jù)三軸壓縮試驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸，計算巖塊的單軸抗壓強度oci，經(jīng)驗 強度參數(shù)叫，對完整巖塊取經(jīng)驗強度參數(shù)時，取s = 1、a =0.5、mb = mi，則霍克-布朗 (Hoek-Brown)準(zhǔn)則變?yōu)?br> 權(quán)利要求
1.一種采用殘余強度構(gòu)建損傷巖石本構(gòu)關(guān)系的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)采用巖石室內(nèi)三軸壓縮試驗，測取巖樣的軸壓O1、圍壓O3、峰值強度應(yīng)變S1。、殘余強度σP計算巖石彈性模量E和泊松比μ，所述巖石彈性模量為E — ( σ「0 3) (50)/ ε h(50)式中(σ「σ 3) (50)是實際主應(yīng)力差的50%，單位為Pa ； ε h(50)是(σ「σ 3) (5ο)對應(yīng)的軸向壓縮應(yīng)變。(2)根據(jù)三軸壓縮試驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸，計算巖塊的單軸抗壓強度，經(jīng)驗強度參數(shù)叫，對完整巖塊取經(jīng)驗強度參數(shù)時，取s =1、a = 0.5、mb = Hii,則霍克-布朗 (Hoek-Brown)準(zhǔn)則變?yōu)?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的釆用殘余強度構(gòu)建損傷巖石本構(gòu)關(guān)系的方法，其特征在于 所述三軸壓縮試驗的圍壓最小值從零開始，最大值到巖石單軸抗壓強度的一半終止，進(jìn)行階梯布置試驗，且試驗有效數(shù)據(jù)不少 于5組。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用殘余強度構(gòu)建損傷巖石本構(gòu)關(guān)系的方法，該方法進(jìn)行巖石室內(nèi)三軸壓縮試驗，測取巖樣的軸壓σ1、圍壓σ3、峰值強度應(yīng)變ε1c、殘余強度σr，計算巖石彈性模量E和泊松比μ，并根據(jù)三軸壓縮試驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)回歸，計算巖塊的單軸抗壓強度σci和經(jīng)驗強度參數(shù)mi；然后建立了能夠反映巖石峰后軟化特征的三維損傷統(tǒng)計本構(gòu)關(guān)系；最后根據(jù)巖石全應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾何特性的四個邊界條件，求解本構(gòu)關(guān)系參數(shù)n和F0，利用Matlab軟件繪制本構(gòu)關(guān)系曲線。這種本構(gòu)關(guān)系能夠充分反映巖石的峰后軟化和殘余強度特征，很好的描述巖石破裂過程的全應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，使理論公式更符合巖石材料的實際情況，并且該法能夠簡易實現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于巖石材料的理論分析，具有實用價值。
文檔編號G01N3/08GK102998180SQ20121050716
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者曹瑞瑯, 朱江, 賀少輝, 陳慶才 申請人:北京交通大學(xué), 錦州鐵道勘察設(shè)計院有限公司