基于亚临界裂纹扩展理论的岩石流变破碎时间的预测方法技术

本发明专利技术属于岩土工程领域，具体涉及一种基于亚临界裂纹扩展理论的岩石流变破碎时间的预测方法。该方法以颗粒瞬时破碎强度为基础，并进一步结合断裂力学理论对岩石颗粒的虚拟裂纹长度进行表征，然后采用亚临界裂纹扩展理论推求颗粒破碎时间效应公式，最后求解岩石颗粒在一定应力水平作用下破碎时间的概率分布。该方法可推动堆石料流变机理研究，解决当前堆石料流变研究中原模型时间比尺问题，为进一步研究岩石颗粒流变破坏行为提供有效的技术手段。段。段。

【技术实现步骤摘要】
基于亚临界裂纹扩展理论的岩石流变破碎时间的预测方法


[0001]本专利技术属于岩土工程领域，具体涉及一种基于亚临界裂纹扩展理论的岩石流变破碎时间的预测方法。

技术介绍

[0002]观测资料显示，堆石坝竣工后发生的流变变形可持续几年、十几年甚至更长。据统计，堆石坝后期变形一般为坝高的0.1
‑
0.4％。这种变形恶化了防渗面板或心墙的应力变形性状，导致面板发生脱空、裂缝、挤碎及止水破坏，心墙则发生水力劈裂等，严重影响大坝防渗安全。堆石坝施工一般设置预沉降时间，即堆石体填筑完成至面板浇筑前堆石体的静置时间，这显然影响工程建设工期与投资。因此，要妥善处理堆石坝的流变变形的影响，需要符合实际的堆石料流变本构模型。
[0003]分析堆石料流变变形机理，认为在持续荷载作用下堆石颗粒随时间逐渐破碎，进而引起颗粒间错动、滑移与结构调整是堆石料流变的主要原因。而岩石颗粒随时间变化发生的破碎，则与岩石颗粒内部裂纹的逐渐扩展至破裂有关。也就是岩石内部微裂纹的亚临界扩展是导致颗粒破碎时间效应的主要原因。Oldecop在堆石颗粒内引入虚拟微裂纹，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于亚临界裂纹扩展理论的岩石流变破碎时间的预测方法，其特征在于，步骤如下：第一步：进行颗粒岩石材料的双扭试验，获得双扭试样应力松弛曲线和断裂曲线，确定该岩石材料的亚临界裂纹扩展参数以及断裂韧度；第二步：进行岩石颗粒的破碎试验，得到颗粒破碎的瞬时强度，见式(1)，研究颗粒瞬时破碎强度的最优分布，给出强度所服从的概率密度函数f
σ
(σ)与分布函数F
σ
(σ)及参数；式中：σ为岩石颗粒瞬时破碎强度，单位Mpa；F为岩石颗粒破碎试验的峰值荷载，单位N；d为岩石颗粒的加载高度，单位m；第三步：基于断裂力学理论，裂纹尖端的应力强度因子与裂纹尖端受力建立岩石颗粒内部虚拟裂纹长度与颗粒瞬时破碎强度的关系；然后根据岩石颗粒瞬时强度的概率分布，采用函数概率的推求方法，求出颗粒内虚拟裂纹长度的分布函数与参数；具体如下：裂纹尖端应力强度因子公式是指将堆石颗粒简化成圆球模型，虚拟裂纹为币状裂纹，则应力强度因子采用式(2)计算；所述裂纹尖端受力是指颗粒在两刚性平板压缩下颗粒内部加载轴线上应力分布，计算公式可采用式(3)计算；所述虚拟裂纹是指将岩石颗粒内部缺陷概化成一条沿颗粒中心轴的虚拟裂纹；所述颗粒内虚拟裂纹长度与瞬时破碎强度的关系通过式(2)和式(3)联立可得，见式(4)；通过式(2)和式(3)联立可得，见式(4)；通过式(2)和式(3)联立可得，见式(4)；式中：K
I
为应力强度因子,单位MN
·
m
‑
3/2
；Y为裂纹形状因子；σ
θ
为裂纹尖端的应力,单位Mpa；a为虚拟裂纹长度，单位m；β为应力解析解归一化数值；F为岩石颗粒破碎试验的峰值荷载，单位N；R为岩石颗粒半径，单位m；a0为初始裂纹长度，单位m；K
IC
为岩石材料断裂韧度，单位MN
·
m
‑
3/2
；所述采用函数概率的推求方法，推求岩石颗粒内部虚拟裂纹长度的...

【专利技术属性】
技术研发人员：迟世春，王腾腾，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：