【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及节理岩体模型，更具体的说涉及一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法。
技术介绍
1、地球表面的岩体，在漫长的地质历史年代中受地壳运动和各种地质作用，逐渐在岩体中形成了如断层、节理、裂隙等不同尺度的不连续结构面。隧道围岩中这些不连续结构面的存在对隧道变形及稳定性的影响，一方面体现在，节理岩体各向异性会引起隧道不均匀变形及支护结构内力分布的改变，并且岩体强度、刚度的降低会导致隧道产生更大变形，从而影响隧道稳定性；另一方面体现在，节理岩体围岩中不连续结构面在隧道开挖卸荷作用下会出现应力集中，节理裂隙扩展、汇合并形成新的节理和裂隙，进一步弱化岩体，引起隧道出现大变形、支护破坏甚至坍塌。大量工程实践表明，许多山岭隧道工程的失稳破坏都与其内部节理或裂隙扩展贯通有关。因此，对于节理岩体中的隧道建设，应当考虑节理岩体的物理力学特性及其破坏特性。
2、节理岩体中的不连续结构面往往存在相差较大的多个尺度，不同尺度的结构面对岩体变形的影响也不相同。以断层为代表的大尺度结构面主要是引起岩块间的剪切滑移等相对运动，而以节理裂隙为代表的小尺度结构面则主要引起岩块内产生各向异性变形。学者们通过goodman节理面单元或离散元等非连续介质数值模拟方法来分析结构面附近岩块的相对运动，又利用等效连续体模型来描述节理岩体在岩块内的各向异性变形，但较少有学者同时考虑到这两种尺度结构面对岩体变形的影响。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构
2、为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
3、一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法，包括如下步骤：
4、s1：采用flac3d建立岩体模型，并将其划分为若干个岩块单元，然后在岩块单元间生成初始宏观节理面，在岩块单元内采用非贯通节理岩体模型；
5、s2：根据初始应力和边界荷载，采用平衡方程计算出各岩块单元的位移与应变增量；
6、s3：根据非贯通节理岩体模型的应力应变关系及其塑性修正，计算得到塑性修正后的各岩块单元应力张量；
7、s4：根据各岩块单元的应力张量和宏观节理扩展算法，判定各个节理可扩展面处是否生成新的宏观节理面；
8、s5：判定所有计算是否结束，若没有结束，则重复步骤s2-s4。
9、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述非贯通节理岩体模型包括变形特性、破坏模式及强度准则、峰后强度这三个方面。
10、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述非贯通节理岩体模型在变形特性的岩体应力应变关系表达式为：dε＝cdσ，其应力应变增量改写成向量形式为：
11、
12、
13、其中，如εx、γxy分别表示x方向正应变和xy方向剪应变，σx、τxy分别表示x方向正应力和xy方向剪应力，{n}＝(nx,ny,nz)是向外垂直于节理面的单位矢量，即节理面法向量，nx、ny、nz分别是节理面法向量在x、y、z三个方向上的分量，kn和ks分别表示节理面的法向刚度和剪切刚度，k为节理连通率，d为等效节理间距，即两排节理面之间的节理间距。
14、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述非贯通节理岩体模型采用的破坏模式分为四种，分别为岩体压剪破坏、岩体拉伸破坏、节理面压剪破坏及节理面拉伸破坏，其中：
15、1)岩体压剪破坏与岩体拉伸破坏的判定准则与复合摩尔库伦强度准则一致，分别采用摩尔库伦强度准则以及拉伸强度准则来判定，即：
16、
17、式中，c分别表示岩石的摩擦角和粘聚力；
18、ft＝σ1-σt
19、式中，σt为岩石的抗拉强度；
20、2)节理面压剪破坏与节理面拉伸破坏则分别采用非贯通节理面压剪强度准则和非贯通节理面拉伸强度准则来判定，通过引入节理连通率k来描述非贯通节理面而得到，非贯通节理面压剪强度准则和拉伸强度准则表达式分别为
21、
22、
23、上面两式中，σj和τj分别表示非贯通节理面上的法向应力和切向应力，cj和分别表示非贯通节理面的摩擦角、粘聚力和抗拉强度。
24、当时，节理面发生剪切破坏；当时，节理面发生拉伸破坏。
25、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，在非贯通节理岩体模型岩体压剪或拉伸破坏的峰后力学特性中，不考虑岩体摩擦角的影响，岩体压剪破坏、岩体拉伸破坏的峰后曲线分别由应变软化模型及理想弹脆性模型来描述，其岩体粘聚力及抗拉强度随剪切或拉伸塑性应变的分段函数表达式如下：
26、
27、式中，εps和εp分别为岩体剪切塑性应变及拉伸塑性应变，c和σt分别为塑性破坏前的岩体粘聚力及抗拉强度；
28、同样，在非贯通节理岩体模型节理面压剪或拉伸破坏的峰后力学特性中，也不考虑节理面摩擦角的影响，而节理面压剪破坏、节理面拉伸破坏的峰后曲线同样分别由应变软化模型及理想弹脆性模型来描述，节理面粘聚力及抗拉强度随节理面剪切或拉伸塑性应变的分段函数表达式同样如下：
29、
30、式中，εjps和εjpt分别为节理面剪切塑性应变及节理面拉伸塑性应变，cj和σjt分别为塑性破坏前的节理面粘聚力及节理面抗拉强度。
31、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，所述步骤s4的具体实施步骤如下：
32、s4.1:查找所有节理的可扩展面，并根据该面两侧岩块单元的应力张量来计算可扩展面上的应力大小，即法向应力σ和切向应力τ:
33、s4.2：若该节理可扩展面的应力满足扩展判定准则，则将该面两侧岩块单元分离并生成新的宏观节理面，从而实现节理面的扩展；
34、s4.3：重复步骤s4.1至s4.2，直至将所有节理可扩展面查找完毕。
35、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，在扩展判定准则中，剪切破坏及拉伸破坏分别采用考虑可扩展面尺寸影响的摩尔库伦准则和拉伸强度准则，即：
36、
37、σ-λsσt＝0
38、式中，σ、τ分别为可扩展面处的法向应力及切向应力，σ以受拉为正，若受拉则剪切破坏判定准则中法向应力取0；c、σt分别为岩石的粘聚力、摩擦角及抗拉强度；λs为考虑该节理可扩展面的面积影响折减系数，一般取0.8～1.0。
39、为达到以上目的，本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现所述一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法的步骤。
40、为达到以上目的，本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现所述一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法的步骤。
41、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
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1.一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法，其特征在于：所述非贯通节理岩体模型包括变形特性、破坏模式及强度准则、峰后强度这三个方面。
3.根据权利要求2所述的一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法，其特征在于，所述非贯通节理岩体模型在变形特性的岩体应力应变关系表达式为：dε＝Cdσ，其应力应变增量改写成向量形式为：
4.根据权利要求2所述的一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法，其特征在于，所述非贯通节理岩体模型采用的破坏模式分为四种，分别为岩体压剪破坏、岩体拉伸破坏、节理面压剪破坏及节理面拉伸破坏，其中：
5.根据权利要求2所述的一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法，其特征在于，在非贯通节理岩体模型岩体压剪或拉伸破坏的峰后力学特性中，不考虑岩体摩擦角的影响，岩体压剪破坏、岩体拉伸破坏的峰后曲线分别由应变软化模型及理想弹脆性模型来描述，其岩体粘聚力及抗拉强度随剪切或拉伸塑性应变的分段函数表达式如下：
6.根据
7.根据权利要求6所述的一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法，其特征在于：
8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法的步骤。
9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法，其特征在于：所述非贯通节理岩体模型包括变形特性、破坏模式及强度准则、峰后强度这三个方面。
3.根据权利要求2所述的一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法，其特征在于，所述非贯通节理岩体模型在变形特性的岩体应力应变关系表达式为：dε＝cdσ，其应力应变增量改写成向量形式为：
4.根据权利要求2所述的一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法，其特征在于，所述非贯通节理岩体模型采用的破坏模式分为四种，分别为岩体压剪破坏、岩体拉伸破坏、节理面压剪破坏及节理面拉伸破坏，其中：
5.根据权利要求2所述的一种节理岩体的宏细观节理耦合模型的构建方法，其特征在于，在非贯通节理岩体模型岩体压剪或拉伸破坏的峰后力学...
【专利技术属性】
技术研发人员：王君楼，马伟斌，罗驰，杨新安，徐昆杰，郭小雄，周剑，高超杰，周广伟，徐湉源，赵鹏，刘根元，奂炯睿，铁顺利，江明锋，段廷玺，李济良，王志伟，常凯，王子洪，
申请(专利权)人：中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所，
类型：发明
国别省市：
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