一种适用于循环荷载下岩石损伤本构模型的构建方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于循环荷载下岩石损伤本构模型的构建方法，包括以下步骤：基于次加载面理论和修正CWFS模型，求解弹塑性矩阵；建立适用于循环荷载下岩石损伤本构模型的方程。本发明专利技术为准确描述岩石材料在循环荷载下的非线性力学行为，包括滞回圈和累积塑性应变以及损伤效应，次加载面理论已经成功地运用到了金属、土和混凝土中，因此，基于次加载面理论，结合Drucker‑Prager屈服准则，采用修正的CWFS模型，为建立循环荷载下岩石损伤本构模型开辟了一条新路径。

A construction method of damage constitutive model for rock under cyclic loading

【技术实现步骤摘要】
一种适用于循环荷载下岩石损伤本构模型的构建方法
本专利技术属于岩土工程
，具体涉及一种适用于循环荷载下岩石损伤本构模型的构建方法。
技术介绍
在交通、建筑、采矿和水利等工程领域，经常遇到循环载荷作用及疲劳问题，岩石在循环荷载作用下的强度和变形规律与静态荷载作用下有显著不同。因此，研究在周期荷载作用下岩石的力学性能，对工程长期稳定性评价具有重要意义，而建立适用于循环荷载作用下岩石的损伤本构模型，是开展岩石工程长期稳定性评价的基础，也是岩石工程设计中迫切需要解决的重要课题之一。目前国内外研究在实验层面上对循环荷载下岩石进行宏观力学特性的研究较多，通过建立损伤本构模型进行力学特性的研究较少。岩石材料在循环荷载下强度方面表现出劣化性，即损伤，变形方面则表现为记忆性、滞后性，主要有滞回圈及累积塑性应变。为了能模拟岩石在循环荷载下的力学和变形特性，目前的技术方案中关于构建适用于循环荷载下岩石损伤本构模型主要有两种，一种反映岩石在循环荷载下的变形特性，主要包括二元介质本构模型(刘恩龙,张建海,何思明等.循环荷载作用下岩石的二元介质模型[J].重本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于循环荷载下岩石损伤本构模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、基于次加载面理论和修正CWFS模型，求解弹塑性矩阵；/n步骤2、建立适用于循环荷载下岩石损伤本构模型的方程。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于循环荷载下岩石损伤本构模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、基于次加载面理论和修正CWFS模型，求解弹塑性矩阵；
步骤2、建立适用于循环荷载下岩石损伤本构模型的方程。


2.根据权利要求1所述的一种适用于循环荷载下岩石损伤本构模型的构建方法，其特征在于，所述的步骤1包括以下步骤：
步骤1.1、求解屈服函数f和第一材料参数Q(κ)的表达式：选择Drucker-Prager屈服面作为次加载面理论的正常屈服面，则正常屈服面上的屈服函数f(σ,κ)表示为：



其中，β(κ)为第二材料参数，κ为内变量，I1和J2则分别是应力σ的第一不变量和应力σ的偏应力第二不变量。第二材料参数β(κ)和第一材料参数Q(κ)的表达式为：


















式中，和coh分别为岩石的内摩擦角和粘聚力，和coh是随内变量κ变化的函数，采用了修正的CWFS模型。c0和cr分别是粘聚力初始值和最终值，和分别是内摩擦角的初始值和最终值，和分别是粘聚力和内摩擦角开始变化时内变量的值，和分别是粘聚力和内摩擦角达到最终值时内变量的值，dεp是塑性应变增量，P为围压，fc为单轴抗压强度，a1和a2分别为第三材料参数和第四材料参数，tr为矩阵的迹；
次加载面上的函数为：



其中，为次加载面上应力，和则分别是次加载面上应力的第一不变量和次加载面上应力的偏应力第二不变量，R为次加载面与正常屈服面的大小之比，即为相似比，次加载面上应力由应力σ获得，为次加载面上的背应力；
相似中心面的函数f(s,κ)为：



其中，s为相似中心，和则分别是相似中心面上相似中心s的第一不变量和相似中心面上相似中心s的偏应力第二不变量，Rs为相似中心面与正常屈服面之比，即相似中心比；
步骤1.2、求解正常屈服面上背应力α的增量dα：



其中，i为第五材料参数，r为第六材料参数，||||表示向量的模，dεp为应力σ对应的塑性应变增量；
步骤1.3、计算应力σ与相似中心s之矢量差次加载面上考虑正常屈服面上背应力α的应力以及相似中心s与正常屈服面上背应力α之矢量差









其中，σy是应力σ在正常屈服面上的对...

【专利技术属性】
技术研发人员：周永强，盛谦，付晓东，冷先伦，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，
类型：发明
国别省市：湖北;42