專利名稱：一種采用殘余強度構建損傷巖石本構關系的方法
技術領域：
本發明涉及構建損傷巖石本構關系的方法，特別是涉及一種采用殘余強度構建損傷巖石本構關系的方法。
背景技術：
本構關系是表征材料力學性質的數學關系。為了預測物體在荷載的作用下的力學響應，必須先確定物體的組成材料符合的本構關系。本構關系是研究材料力學性能的理論基礎。巖石是一種含原始損傷和缺陷的非勻質材料，巖石的宏觀破壞現象可以看作是許多微細觀破壞的平均效用的疊加。現有的技術方案中關于構建巖石損傷本構關系主要有兩方面途徑。一方面是以試驗為基礎，假設在荷載作用下巖石損傷變量和應力-應變服從某種特定的關系模式，然后用該模型來模擬巖石試驗得到的實測全應力-應變關系曲線，求其參數。實際巖石損傷不僅受到巖石內部隨機分布的缺陷支配，還受到巖石內部應力應變狀態控制，因而此類本構關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分布的特點出發，推導損傷變量與應力應變狀態關系，從而建立巖石統計損傷本構關系，并用它來模擬實驗結果，但在研究中假定微元破壞符合Drucker-Prager準則時，因結果偏為保守而缺乏合理性；假定微兀破壞符合Mohr-Coulomb準則時，因Mohr-Coulomb準則無法描述拉應力區、低應力區和高應力區的破壞強度，依此建立的本構關系亦有一定的局限性。E. Hoek等提出的 Hoek-Brown 經驗強度準則(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準則和Mohr-Coulomb準則的不足,而且能解釋低應力區、拉應力區及最小主應力對強度的影響，由于Hoek-BiOwn經驗強度準則是巖土工程界一個較新理論，應用并不廣泛。另外，由于摩擦和圍壓的影響，巖石全應力-應變曲線中后期的巖樣仍具有一定的殘余強度，表現為黏聚力為零的純摩擦，多數情況下，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傳遞部分壓應力和剪應力的特征。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力-應變曲線峰后段的主要因素，而現有技術方案中，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吻合的損傷巖石本構關系。
發明內容
鑒于已有技術方案的不足，本發明提出一種采用殘余強度構建損傷巖石本構關系的方法，基于巖石應變強度理論以及巖石微兀強度服從Weibull隨機分布的假設,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計本構關系；然后，依據巖石試驗全應力-應變 曲線的幾何特征，求解出本構關系參數的數學表達式。本發明的目的通過以下技術方案來實現一種采用殘余強度構建損傷巖石本構關系的方法，該方法包括了以下步驟(1)采用巖石室內三軸壓縮試驗，測取巖樣的軸壓0l、圍壓o3、峰值強度應變 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)是實際主應力差的50% ,單位為Pa ； e h(50)是(o「o 3) (50)對應 的軸向壓縮應變。(2)根據三軸壓縮試驗結果進行數據回歸，計算巖塊的單軸抗壓強度oci，經驗 強度參數叫，對完整巖塊取經驗強度參數時，取s = 1、a =0.5、mb = mi，則霍克-布朗 (Hoek-Brown)準則變為
權利要求
1.一種采用殘余強度構建損傷巖石本構關系的方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)采用巖石室內三軸壓縮試驗，測取巖樣的軸壓O1、圍壓O3、峰值強度應變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)是實際主應力差的50%，單位為Pa ； ε h(50)是(σ「σ 3) (5ο)對應的軸向壓縮應變。(2)根據三軸壓縮試驗結果進行數據回歸，計算巖塊的單軸抗壓強度，經驗強度參數叫，對完整巖塊取經驗強度參數時，取s =1、a = 0.5、mb = Hii,則霍克-布朗 (Hoek-Brown)準則變為
2.根據權利要求1所述的釆用殘余強度構建損傷巖石本構關系的方法，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，進行階梯布置試驗，且試驗有效數據不少 于5組。
全文摘要
本發明涉及一種采用殘余強度構建損傷巖石本構關系的方法，該方法進行巖石室內三軸壓縮試驗，測取巖樣的軸壓σ1、圍壓σ3、峰值強度應變ε1c、殘余強度σr，計算巖石彈性模量E和泊松比μ，并根據三軸壓縮試驗結果進行數據回歸，計算巖塊的單軸抗壓強度σci和經驗強度參數mi；然后建立了能夠反映巖石峰后軟化特征的三維損傷統計本構關系；最后根據巖石全應力-應變曲線幾何特性的四個邊界條件，求解本構關系參數n和F0，利用Matlab軟件繪制本構關系曲線。這種本構關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力-應變關系，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，廣泛應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 優先權日2012年11月30日
發明者曹瑞瑯, 朱江, 賀少輝, 陳慶才 申請人:北京交通大學, 錦州鐵道勘察設計院有限公司