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考虑尺寸效应的岩石结构面损伤统计本构模型的构建方法技术

技术编号:21892529 阅读:30 留言:0更新日期:2019-08-17 14:45
本发明专利技术公开了一种考虑尺寸效应的岩石结构面损伤统计本构模型的构建方法,先将结构面简化为等效薄层,根据薄层中损伤细观微元体的数目和细观微元体的总数确定损伤变量;其次得到细观单元体的破坏概率密度函数;然后确立合理的损伤起始阶段,模拟结构面受荷情况,得到剪切作用下结构面的统计损伤本构模型;接着根据剪切过程中受力平衡,确立名义剪应力、未损伤微元体承担的有效剪切应力、损伤微元体承担的剪切应力之间的关系,得到剪切变形过程结构面的损伤演化模型和结构面剪切变形损伤本构模型;再确定所述结构面剪切变形损伤本构模型参数m、u0,基于参数与尺寸之间的非线性关系,建立一个考虑尺寸效应的结构面剪切本构模型;最后验证正确性。

Constructive Method of Statistical Damage Constitutive Model for Rock Structural Plane Considering Size Effect

【技术实现步骤摘要】
考虑尺寸效应的岩石结构面损伤统计本构模型的构建方法
本专利技术属于岩石结构面本构模型研究领域,具体涉及一种考虑尺寸效应的岩石结构面损伤统计本构模型的构建方法。
技术介绍
结构面的存在是岩体介质区别于其他介质的根源,更是影响岩体力学特性的重要因素。建立能准确模拟剪切变形破坏全过程的结构面剪切本构模型一直以来都是岩石力学研究的热点。自上世纪六十年代以来,许多学者对此展开了研究工作并建立了诸多结构面本构模型。具有代表性的包括:纯线弹性本构模型如Goodman模型、Saeb-Amadei模型;非线性模型如Barton-Bandis模型、Grasselli模型、CSDS模型;弹塑性增量型模型如基于非关联流动法则的弹塑性本构模型Plesha模型、可反映各向异性的Wang模型、基于损伤理论建立的DSC模型。上述模型有助于深化结构面变形与强度认识,在边坡、隧道等岩体工程的结构分析与数值模拟中发挥重要作用,但由于岩体结构面的复杂性,现有本构模型仍需不断改进。长期以来,人们认识到岩石结构面的力学行为与尺度有关,但其影响程度有待研究。大量试验结果表明,结构面力学性质随尺寸的变化而变化,即结构面剪切力学行为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑尺寸效应的岩石结构面损伤统计本构模型的构建方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:S1、将结构面简化为具有有限小厚度的等效薄层,该薄层包括能够反应材料各项属性的N个细观微元体,剪切过程中微元体受损,损伤细观微元体的数目记为Nf,则损伤变量

【技术特征摘要】
1.一种考虑尺寸效应的岩石结构面损伤统计本构模型的构建方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:S1、将结构面简化为具有有限小厚度的等效薄层,该薄层包括能够反应材料各项属性的N个细观微元体,剪切过程中微元体受损,损伤细观微元体的数目记为Nf,则损伤变量S2、基于岩石材料强度统计分布规律,得到细观微元体的破坏概率密度函数;S3、基于岩石材料的残余强度,分析经典结构面剪切应力-位移曲线,确立损伤起始阶段,通过已损伤细观微元体和未损伤细观微元体的组合模拟结构面受荷情况,得到剪切作用下结构面的统计损伤演化模型;S4、根据剪切过程中受力平衡,确立名义剪应力τ、未损伤微元体承担的有效剪切应力τi、损伤微元体承担的剪切应力τr之间的关系,结合损伤变量D和统计损伤演化模型得到结构面剪切损伤统计本构模型;S5、确定结构面剪切变形损伤本构模型的参数m和u0,再基于参数与尺寸之间的非线性关系,建立一个考虑尺寸效应的结构面剪切损伤统计本构模型;S6、将若干结构面剪切试验数据代入考虑尺寸效应的结构面剪切损伤统计本构模型中,验证该模型能够准确地模拟不同尺寸下的结构面剪切全变形过程,并能反映剪切过程的阶段性特点。2.如权利要求1所述的考虑尺寸效应的岩石结构面损伤统计本构模型的构建方法,其特征在于,在所述S2中,岩石材料强度具有统计分布的规律且可以用Weibull分布描述,即细观微元体的剪切强度服从Weibull分布,其破坏概率密度函数为:其中,F为细观微元体剪切强度,F0、m为Weibull分布参数。3.如权利要求1所述的考虑尺寸效应的岩石结构面损伤统计本构模型的构建方法,其特征在于,在所述S3中,构建统计损伤演化模型的具体步骤为:S3.1、确立损伤起始阶段,分析典型结构面剪切应力-位移曲线,该曲线包括峰前线性段、应变硬化阶段、应变软化阶段和残余阶段,峰前线性段和应变硬化阶段的交接点为屈服点,峰前线性段中剪切应力-位移曲线呈现线性或近似线性变化,即损伤暂时未发生,在应变硬化阶段剪切应力与位移关系已经明显偏离直线,表明该阶段岩石材料已发生损伤,则损伤起点定义在屈服点;衡量一个细观微元体是否进入损伤状态的阈值是该点所受应力与屈服应力之差,即F=ksu-τs,又因为屈服点是线性阶段与应变硬化阶段的分界点,即τs可以表示为τs=ksus,同理参数F0也可以表示为F0=ksu0,故破坏概率密度函数可变为:τ为剪切应力,u为位移;S3.2、则损伤自剪切位移到达us之后发生,则在剪切位移从us变化到...

【专利技术属性】
技术研发人员:林杭谢世杰杨横涛陈怡帆汪亦显邹平
申请(专利权)人:中南大学
类型:发明
国别省市:湖南,43

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