一种考虑冻融环境下的岩体工程稳定性分析方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种考虑冻融环境影响下的岩体工程稳定性分析方法，其包括：S1、创建表达冻融次数与岩体损伤之间关系的冻融损伤模型；S2、创建表达岩体塑性引起的损伤效应的岩体荷载损伤模型；S3、创建表达冻融荷载综合作用的冻融荷载耦合损伤演化模型；S4、基于Hoek‑Brown岩体非线性强度准则，创建弹塑性损伤模型；S5、求解所述弹塑性损伤模型对应的应力；S6、获取达到极限平衡状态时岩体工程对应的安全系数。本发明专利技术解决了传统技术中冻融岩体稳定性分析存在误差，准确率低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑冻融环境下的岩体工程稳定性分析方法
本专利技术实施例涉及数字处理分析领域，尤其涉及一种考虑冻融环境影响下的岩体工程稳定性分析方法。
技术介绍
季冻区岩体工程稳定性受到冻融和荷载的综合影响。一方面，岩体中的水冰相变导致岩体冻胀力，导致岩体微裂纹扩展；另一方面，外部荷载作用改变了岩体的应力，也会引起岩体形变和破坏的产生。因此，研究冻融和荷载综合作用下岩体损伤规律和计算方法，对保证岩体工程安全具有重要的意义。但是目前冻融损伤模型的研究仅限于线性强度准则，不能很好地适应岩体节理、强度非线性的特点。具体的：已有的研究有的采用摩尔库仑体作为塑性准则，建立硬岩冻融损伤的长期变形模型构建方法。还有的研究建立了一种等围岩下的岩石冻融损伤本构，也是基于DP的塑性准则。但是摩尔库仑体和DP准则都是线性强度准则，不太适合节理岩体的非线性强度特征；同时由于传统的岩体稳定性分析方法大都采用理想弹塑性模型和线性强度准则，因此带来很大的误差。如，已有的硬岩冻融损伤的长期变形模型和等围岩下的岩石冻融损伤本构目前大多数是一维的本构，其并不能用于三维岩体的数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑冻融环境影响下的岩体工程稳定性分析方法，其特征在于，包括：/nS1、创建表达冻融次数与岩体损伤之间关系的冻融损伤模型；/nS2、创建表达岩体塑性引起的损伤效应的岩体荷载损伤模型；/nS3、创建表达冻融荷载综合作用的冻融荷载耦合损伤演化模型；/nS4、基于Hoek-Brown岩体非线性强度准则，创建弹塑性损伤模型；/nS5、求解所述弹塑性损伤模型对应的应力；/nS6、获取达到极限平衡状态时岩体工程对应的安全系数。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑冻融环境影响下的岩体工程稳定性分析方法，其特征在于，包括：
S1、创建表达冻融次数与岩体损伤之间关系的冻融损伤模型；
S2、创建表达岩体塑性引起的损伤效应的岩体荷载损伤模型；
S3、创建表达冻融荷载综合作用的冻融荷载耦合损伤演化模型；
S4、基于Hoek-Brown岩体非线性强度准则，创建弹塑性损伤模型；
S5、求解所述弹塑性损伤模型对应的应力；
S6、获取达到极限平衡状态时岩体工程对应的安全系数。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冻融损伤模型对应的表达式：



其中，Dt表示冻融损伤变量，N表示冻融循环次数，Nf表示实验最大冻融次数，Df表示与Nf对应的损伤值；q、r均为常数；



其中，n0和n分别表示岩石冻融前后孔隙率，VP和V′P分别表示岩石冻融前后纵波波速。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩体荷载损伤模型对应的表达式为：



其中，表示等效塑性应变，Dm表示受荷损伤变量，α与β均为经验系数；
等效塑性应变对应的表达式为：



式中：εp1、εp2、εp3分别为x轴、y轴、z轴三个方向上的主塑性应变。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冻融荷载耦合损伤演化模型对应的表达式为：
Dc＝Dt+Dm-DtDm(5)
其中，Dc表示岩石的冻融-荷载总损伤变量；DtDm表示耦合项。


5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弹塑性损伤模型对应的表达式为：



式中：p表示静水压力，J2表示第二偏应力不变量，θ表示罗德角，σci表示完整岩石单轴抗压强度，mb，s和a均表示经验常数；
其中，






式(7)-(9)中：GSI表示地质强度指标；mi表示岩石的软硬程度；
对应的剪切模量G(Dc)、体积模量K(Dc)表达式分别为



式中，G0表示初始剪切模量，K0表示初始体积模量，E0表示未损伤材料的弹性模量，ν表示泊松比。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，求解所述弹塑性损伤模型对应的应力的过程包括：
S51、在主应力空间中，对所述弹塑性损伤模型进行弹性预测分析以获得所述模型自弹性状态进入塑性状态对应的极限参数；
S52、进行塑性修正分析，即对应力空间进行划...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜谙男，许梦飞，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21