[发明专利]新型岩体损伤本构模型构建方法及装置

说明书

本发明涉及一种新型岩体损伤本构模型构建方法，包括下列步骤：步骤S10：基于应变等效原理，加入损伤材料的承载力系数，获取修正的岩石损伤本构模型；步骤S20：分别计算节理的宏观损伤张量和微裂纹的微观损伤变量，根据叠加原理建立宏微观损伤的节理岩体力学模型；步骤S30：根据损伤力学理论，构建得到具有宏观缺陷和微观缺陷耦合的岩体损伤本构模型。本发明提供的新型岩体损伤本构模型构建方法及装置提供了一种原理简单、操作方便、成本低廉、结果合理可靠的考虑宏观和微观缺陷耦合的岩体损伤本构模型，应用该岩体损伤本构模型在开挖边坡工程设计时，可准确合理地圈定开采范围。

技术领域

本发明涉及岩土工程本构模型研究领域，特别是涉及一种新型岩体损伤本构模型构建方法及装置。

背景技术

岩石是一种天然地质材料，其内部包含各种随机分布的缺陷，在外载荷作用下，这些缺陷将繁衍和发展，岩石内部结构力学性能也将连续发生变化。岩石的损伤破坏过程实际上是从微观的结构破坏到细观上缺陷的形成，最后发展成为宏观裂纹的贯通破坏，其实际上是一个从量变到质变的过程。统计损伤力学是研究岩石破裂过程的有效方法。

在弹性损伤分析中，目前尚不能从理论上推导出准脆性材料性能的分布函数，一个简单的改进途径是尝试其他不同的强度概率分布形式。对岩石类材料破坏过程分析中，常采用Weibull分布、正态分布、类Weibull分布做较全面的讨论和剖析，较多地采用对数正态分布作为改进方法，适于构造弹性损伤分析中细观概率体元，同时也证明了应当排除正态分布和类Weibull分布在弹性损伤概率模型中的应用。

损伤力学在岩体工程中的应用包括：静力学到动力学、弹性到弹塑性、完整岩石到含微缺陷的岩体等。但是由于岩体工程的复杂性、不确定性以及理论方法、试验条件的限制，岩体损伤问题还有待深入研究。总而言之，损伤力学之所以能应用在岩体(石)力学中，就是因为岩石内部是含有微缺陷(微裂纹、微孔洞等)、具有初始损伤的材料，但是目前的损伤模型中却未考虑岩石中的微缺陷，而微缺陷并不会因宏观缺陷的存在而缺失，因此，将宏观缺陷视为岩体性质发生劣化的决定性因素，然后结合统计强度理论来研究岩石的损伤演化过程是较为合理的。

有相关研究人员将岩体材料分为空隙和骨架两部分，从岩石变形力学过程与力学机理来分析岩石的变形破坏，忽视了损伤部分仍具有承载力。假定损伤部分的应变与未损伤部分的应变是相互协调的，然而加载过程中岩石不断产生新的微裂纹，原生初始裂纹也将不断扩展、贯通甚至形成宏观裂纹，岩石中裂纹的尺寸和密度都将产生变化，相应的对岩石各部分变形非协调性产生新的影响，其建立的模型曲线与试验曲线仍有较大差距，且未考虑损伤部分与空隙之间的联系，仅将岩石材料分为空隙和骨架两部分研究欠妥，因此，有必要进一步完善基于损伤理论的岩石变形全过程的模拟研究。

相关实验表明：岩体内同时存在的宏微观损伤均对岩体的力学性质产生影响，且它们之间还可能存在着复杂的相互作用。因此，如何更好地同时反映这两类缺陷对岩体动态力学性质的影响则是目前岩体动态损伤力学研究中一个亟待解决的重要课题。

发明内容

基于此，有必要针对上述提到的至少一个问题，提供一种新型岩体损伤本构模型构建方法。

一种新型岩体损伤本构模型构建方法，包括下列步骤：

步骤S10：基于应变等效原理，加入损伤材料的承载力系数，获取修正的岩石损伤本构模型；

步骤S20：分别计算节理的宏观损伤张量和微裂纹的微观损伤变量，根据叠加原理建立宏微观损伤的节理岩体力学模型；

步骤S30：根据损伤力学理论，构建得到具有宏观缺陷和微观缺陷耦合的岩体损伤本构模型。

在其中一个实施例中，所述损伤材料的承载力系数包括弹性模量E、泊松比μ、内摩擦角φ和内聚力c；所述步骤S10具体包括：

步骤S11：基于Hoek-Brown破坏准则，岩石微元强度F可表示为式(1)：