[发明专利]基于Mohr-Coulomb强度准则的岩土体材料特征确定方法

说明书

本发明提出一种基于Mohr‑Coulomb强度准则的岩土体材料特征确定方法，建立基于Mohr‑Coulomb强度准则的岩土体材料剪应力‑应变模型；进行岩土体材料强度特性室内三轴试验，获取岩土体材料剪应力‑应变关系曲线；根据岩土体材料剪应力‑应变关系曲线对岩土体材料剪应力‑应变模型进行模型参数拟合，确定模型参数的值，从而确定岩土体材料剪应力‑应变模型；采用确定的岩土体材料剪应力‑应变模型确定岩土体材料特征。该方法基于本方法建立的岩土材料本构模型可以描述岩土材料的特征且模型仅有4个参数，其用于描述岩土材料行为特征更为准确，比现有本构模型更简单和具有广泛适用性。

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，具体涉及一种基于Mohr-Coulomb强度准则的岩土体材料特征确定方法。

背景技术

岩土本构模型研究是岩土工程领域重要的研究方向，是深入开展岩土力学研究的基础，目前已经提出的本构模型数以千计，概括起来主要包括：线弹性模型、弹塑性模型、理想弹塑性模型、弹脆性模型以及Duncan-Chang模型、Cam-Clay模型和清华弹塑性模型等；岩土流变模型则包括：黏性、黏弹性、黏塑性、黏弹性-黏塑性和黏性-黏弹性-黏塑性等。相应的强度准则包括：Mohr-Coulomb强度准则、Drucker-Prager屈服准则、Mises屈服准则、Tresca屈服准则、双剪强度准则和Hoek-Brown准则等。上述模型和屈服准则极大地促进了岩土力学的进一步发展。

然而，迄今为止尚未有一种模型对于岩土材料具有普遍适用性，如理想弹塑性模型在到达临界应力之后，一点应力对应多个不同的应变，应力-应变关系无法一一对应表示；弹脆性模型从临界应力状态直接下降到残余应力状态，无法描述从临界应力到残余应力变化过程；弹塑性模型，在计算时，需事先预估初始应力的值，如预估初始应力差异较大，则其计算结果也会有较大的差异。对于具有应变软化的试样，峰后区应力-应变通常采用折线进行线性逼近，未考虑其应力-应变非线性变化特征。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种基于Mohr-Coulomb强度准则的岩土体材料特征确定方法，包括以下步骤：

步骤1：建立基于Mohr-Coulomb强度准则的岩土体材料剪应力-应变模型；

所述基于Mohr-Coulomb强度准则的岩土体材料剪应力-应变模型的公式如下所示：

τ＝Gγ[1+γ^q/p]^ξ；

其中，τ为剪应力，γ为剪应变，G为初始剪切模量，p、q、ζ为与法向应力有关的常系数。

步骤2：进行岩土体材料强度特性室内三轴试验，获取岩土体材料剪应力-应变关系曲线；

所述进行岩土体材料强度特性室内三轴试验的方法包括：常规三轴试验方法和真三轴试验方法；

所述常规三轴试验方法的试验条件为：采用圆柱试件、四周围压相等，σ₂＝σ₃；

所述真三轴试验方法的试验条件为：采用立方体试件、σ₁＞σ₂＞σ₃；

其中，σ₁为大主应力，σ₂为中主应力，σ₃为小主应力。

步骤3：根据岩土体材料剪应力-应变关系曲线对岩土体材料剪应力-应变模型进行模型参数拟合，确定模型参数的值，从而确定岩土体材料剪应力-应变模型；

步骤4：采用确定的岩土体材料剪应力-应变模型确定岩土体材料特征。

所述岩土体材料特征包括：弹性-弹塑性-软化、弹性-弹塑性-硬化、理想弹塑性和弹脆性。

本发明的有益效果：