【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于岩石力学与岩土工程领域，涉及一种基于rfpa(rock failureprocess analysis)考虑微破裂发生顺序及量级的玄武岩柱尺寸效应的能量特征计算方法。
技术介绍
1、玄武岩柱于我国西南地区和沿海区域，尤其西南云贵川三省的二叠系玄武岩和浙江、广东沿海等省的新生代玄武岩层中常见。由于我国玄武岩柱具有地域广泛性和力学特殊性，在建筑、水利、采矿和核电工程领域均面临玄武岩柱的岩石力学问题。实际工程中，不同高程的赋存区域或不同工程阶段(设计、施工、长期运营)的玄武岩柱力学尺寸效应的能量特征可能受到多种因素影响。因此，探究玄武岩柱力学尺寸效应的能量特征的敏感因素，为玄武岩柱承载能力的监测及进一步的加固措施、玄武岩柱相关工程的运营维护等方面提供理论基础，具有重要的意义。
2、国内外学者采用室内物理试验、现场监测、数值模拟等方法对压缩条件下玄武岩柱的能量特性进行了研究。通常的数值模拟方法，在揭示玄武岩柱的微破裂发展过程的能量演化方面往往比较困难，并且对于多因素影响的研究也较不方便开展。通常情况下，室内物理试验中不便于开展玄武岩柱试件的尺寸效应研究，因此，室内物理试验的玄武岩柱试件尺寸效应的能量特征研究甚少。在常规的现场监测中，难以通过系统的玄武岩柱力学尺寸效应分析、破裂机理分析以及提炼出的微破裂发生顺序及量级分析，为玄武岩柱尺寸效应的能量特征提供科学的理论基础。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于rfpa考虑微破裂发生顺序及量
2、为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、一种基于rfpa及微破裂特点的玄武岩柱尺寸效应能量特征计算方法，包括以下步骤：
4、第一步，单轴压缩且各影响因素条件下玄武岩柱的力学尺寸效应、破裂机理分析，过程如下：
5、1.1)基于rfpa，构建不同模型尺寸的玄武岩柱数值试件，构建过程包括：通过ct(computed tomography)扫描玄武岩柱物理试件或通过绘制获得玄武岩柱的数字图像，数字图像需颜色分明且具有高清晰度，继而将数字图像复制若干份并进一步将它们裁剪为所需的不同尺寸，然后将这些数字图像导入rfpa中形成不同模型尺寸的玄武岩柱数值试件；根据玄武岩柱物理试验测量得到的物理力学宏观参数，通过宏观参数转化为细观参数的经验理论公式，获得rfpa中需输入的节理及岩石的材料力学细观参数，其中考虑节理及岩石的非均质性；设置玄武岩柱试件的不同模型边界条件、节理本构、节理力学性能、岩石非均质性、岩石细观本构及柱体直径等影响因素；在试件顶部逐步施加竖向位移压缩荷载；对试件进行线弹性有限元计算，根据摩尔库伦准则、拉伸破坏准则及rfpa中的细观单元损伤本构关系，对损伤单元进行刚度退化处理；获得不同影响因素下试件的应力应变曲线、峰值强度、等效变形模量、最小主应力图、损伤图、位移图、声发射类别及强度的空间分布图；分析单轴压缩且各影响因素下试件的峰值强度、等效变形模量随模型尺寸的变化规律；并将结果与相应条件下的室内物理试验进行对比验证，以保证研究的可靠性。
6、1.2)针对不同模型尺寸的玄武岩柱试件，基于单轴压缩条件下它们各自的应力应变曲线，找出应力应变曲线上应力提升段、应力峰值点附近、应力跌落段、残余强度阶段的能表征玄武岩柱试件明显应力转移、破裂发展变化的若干特征点，然后在rfpa中输入这些特征点对应的计算步，调取出步骤1.1)中相应的试件最小主应力图，通过试件最小主应力图的应力集中区域来分析加载过程中试件的应力状态，以及根据试件最小主应力图的裂纹分布区域来探究试件的破裂特征变化规律，并在rfpa中提取这些特征点对应的计算步的试件损伤图、不同方向的位移图、声发射类别及强度的空间分布图，综合研究玄武岩柱试件的破裂机理。其次，针对不同影响因素的工况，对比分析玄武岩柱试件破裂机理的差异，总结现象的内在原因。上述分析过程、分析结果作为第二步、第三步及第四步提供解释结果所需的理论基础。
7、第二步，确定单轴压缩且各影响因素条件下玄武岩柱的微破裂发生顺序，步骤如下：
8、提取单轴压缩条件下不同模型尺寸的试件声发射数—位移加载量、声发射能量—位移加载量的数据，并分别转化为声发射数—应变、声发射能量—应变的数据，进而分别整理成曲线的形式，其中曲线的纵坐标为声发射数或声发射能量，曲线的横坐标为应变。根据第一步获得的试件应力应变曲线，标记其峰值应力和峰值应变，基于此，对声发射数—应变曲线、声发射能量—应变曲线中的峰值应变进行识别，从而标记其对应的声发射数、声发射能量。
9、将声发射数—应变曲线、声发射能量—应变曲线中识别出来的峰值应变，分别定义为微破裂数指标发生顺序(应变)、微破裂能量指标发生顺序(应变)。然后，整理单轴压缩且各影响因素下不同模型尺寸的试件声发射数—应变曲线、声发射能量—应变曲线，并标记、获得不同影响因素下微破裂数指标发生顺序、微破裂能量指标发生顺序。
10、将不同影响因素下微破裂数指标发生顺序、微破裂能量指标发生顺序分别进行由小到大的排序，以表征微破裂数指标发生顺序、微破裂能量指标发生顺序的早晚。如果微破裂指标发生顺序较小，说明微破裂发生较早；反之则较晚。
11、第三步，确定单轴压缩且各影响因素条件下玄武岩柱的微破裂量级，具体方式如下：
12、将第二步获得的单轴压缩且各影响因素条件下不同模型尺寸的试件峰值应变所对应的声发射数、声发射能量，分别定义为微破裂数指标的量级(量值)、微破裂能量指标的量级(量值)；并分别把它们整理成由小到大的序列，即为微破裂数指标量级、微破裂能量指标量级的排序。
13、第四步，单轴压缩且各影响因素条件下玄武岩柱尺寸效应的能量特征计算，过程如下：
14、采用划分等级和评分的方式来计算单轴压缩且各影响因素条件下玄武岩柱尺寸效应的能量特征。具体如下：
15、4.1)确定单轴压缩条件下微破裂能量指标的敏感因素的等级：首先，根据式(1)和式(2)，计算单轴压缩条件下微破裂能量指标发生顺序对模型尺寸的敏感度a、单轴压缩条件下微破裂能量指标发生顺序对某影响因素的敏感系数d；其次，根据式(3)和式(4)，计算单轴压缩条件下微破裂能量指标量级对模型尺寸的敏感度f、单轴压缩条件下微破裂能量指标量级对某影响因素的敏感系数i；进而，根据式(5)，计算单轴压缩条件下微破裂能量指标对某影响因素的敏感系数k；最后，将单轴压缩条件下各影响因素的敏感系数进行由大到小的排序，即为单轴压缩条件下微破裂能量指标敏感因素的由大到小的等级。
16、
17、
18、式中，a为单轴压缩条件下微破裂能量指标发生顺序对模型尺寸的敏感度；amax为a的最大值；amin为a的最小值；δb为单轴压缩条件下微破裂能量指标发生顺序的变化百分率；δc为单轴压缩条件下微破裂能量指标发生顺序方面的模型尺寸变化的百分率；d为单轴压缩条件下微破裂能量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于RFPA及微破裂特点的玄武岩柱尺寸效应能量特征计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步和第五步中，试件模型边界条件分为两种：第一种模型边界条件是沿着模型厚度方向的一面施加法向位移约束，以模拟隧洞边墙附近的岩体约束状态，或模拟边坡坡表附近的岩体约束状态；第二种模型边界条件是沿着模型厚度方向的两面均施加法向位移约束，以模拟隧洞边墙内较深处的岩体约束状态，或模拟沿隧洞轴线方向的岩体约束状态，或模拟边坡内较深处的岩体约束状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步和第五步中，所述的节理本构指的是节理残余强度系数，其取值范围为0.1～1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步和第五步中，所述的节理力学性能指的是节理弹模，其取值范围为3.75GPa～30GPa。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步和第五步中，所述的岩石非均质性，通过岩石均质度来表征，其取值范围为5～200。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步和第五步中
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步和第五步中，所述的柱体直径的取值范围为20cm～80cm。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第四步、第八步和第九步中，所述的玄武岩柱尺寸效应的能量特征，包括微破裂能量指标的敏感因素的等级和微破裂数指标的敏感因素的评分。
...【技术特征摘要】
1.一种基于rfpa及微破裂特点的玄武岩柱尺寸效应能量特征计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步和第五步中，试件模型边界条件分为两种：第一种模型边界条件是沿着模型厚度方向的一面施加法向位移约束，以模拟隧洞边墙附近的岩体约束状态，或模拟边坡坡表附近的岩体约束状态；第二种模型边界条件是沿着模型厚度方向的两面均施加法向位移约束，以模拟隧洞边墙内较深处的岩体约束状态，或模拟沿隧洞轴线方向的岩体约束状态，或模拟边坡内较深处的岩体约束状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一步和第五步中，所述的节理本构指的是节理残余强度系数，其取值范围为0.1～1。
4.根据权利要求1所述的方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：王永艺，龚斌，唐春安，杨菊英，李天娇，宋文成，于江，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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