[发明专利]基于几何损伤力学模型的节理岩体力学特性分析方法

权利要求书

1.一种基于几何损伤力学模型的节理岩体力学特性分析方法，其特征在于，步骤如下：

(1)、节理岩体代表性单元的几何模型构建；

(2)、定义节理岩体代表性单元的损伤张量；

(3)、计算单组节理岩体损伤张量；

(4)、计算多组节理岩体的损伤张量；

(5)、推导节理岩体有效应力公式，建立节理岩体几何损伤本构模型；

(6)、节理岩体几何损伤本构模型程序化；

(7)、统计工程岩体的节理几何参数，进行工程岩体的损伤特性数值模拟。

2.根据权利要求1所述的基于几何损伤力学模型的节理岩体力学特性分析方法，其特征在于，节理岩体代表性单元的几何模型构建，具体方法如下：建立一个二阶损伤张量，即：

式中：Ω为一组节理的面积密度，n为节理的单位法向量，并且表示张量积。

3.根据权利要求1所述的基于几何损伤力学模型的节理岩体力学特性分析方法，其特征在于，定义节理岩体代表性单元的损伤张量，具体方法如下：设v和V分别为单元体和岩体的体积，在V内有N个节理，则第k个节理面积为a^k，它的单位法向量为n^k，对于第k个节理，损伤张量可以用下面形式来定义：

式中l＝v^1/3。

考虑所有的N个节理，可得节理岩体代表性单元的损伤张量为：

4.根据权利要求1所述的基于几何损伤力学模型的节理岩体力学特性分析方法，其特征在于，计算单组节理岩体损伤张量，具体方法如下：对于单组节理岩体，其几何损伤张量为：

式中，N_i为X_i面上的节理数,N_j为X_j面上的节理数,L_i为X_i面上的节理的平均长度,L_j为X_j面上的节理的平均长度。

任意节理面的单位法向量n＝(n₁ n₂ n₃)为：

n＝(n₁ n₂ n₃)^t＝(λcosθ₁cosθ₂λsinθ₁sinθ₂-λcosθ₁sinθ₂)^t

λ＝(sin²θ₁sin²θ₂+cos²θ₁sin²θ₂+cos²θ₁cos²θ₂)^-1/2

同时，单位法向量还可以表达为下式：

n＝(n₁ n₂ n₃)^t＝(-λcosθ₂sinθ₃λcosθ₂cosθ₃λsinθ₂sinθ₃)^t

λ＝(sin²θ₂sin²θ₃+cos²θ₂sin²θ₃+cos²θ₂cos²θ₃)^-1/2

或：

n＝(n₁ n₂ n₃)^t＝(λsinθ₃sinθ₁-λcosθ₃sinθ₁λcosθ₃cosθ₁)^t

λ＝(sin²θ₃sin²θ₁+cos²θ₃sin²θ₁+cos²θ₃cos²θ₁)^-1/2

其中θ₁，θ₂和θ₃为坐标面X₁，X₂，X₃上一组节理的角度。