[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

说明书

本发明属于土木工程领域，具体地，涉及基于几何损伤力学模型的节理岩体力学特性分析方法。基于几何损伤力学模型的节理岩体力学特性分析方法，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。

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体地，涉及基于几何损伤力学模型的节理岩体力学特性分析方法。

背景技术

节理在岩体之中广泛分布，大量的工程实例和试验研究表明，节理的存在影响了岩石的长期变形和岩土工程的稳定性，因此评价节理岩体的力学行为对岩石地基、边坡或地下开挖的设计至关重要。

大部分的岩体含有多组节理，如果一个岩体包含许多与结构相比相对较小的节理，可以将岩体理想化为连续体,如果岩体中有很大的节理，我们可以分别对节理进行建模和分析，然而，当岩体出现中等大小的不连续面时，其力学行为非常复杂，不能简单地估计这些不连续面的力学效应。

以往的研究中，大多集中在岩体节理扩展和贯通上，而没有对工程项目的稳定性进行分析，也没有提出比较好的分析节理岩体力学性质的方法。

为此，本发明提供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。该方法考虑节理几何分布的损伤力学理论，分析了含节理岩体的变形破坏过程，用弹塑性理论结合损伤张量来描述节理的影响，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，有望在节理岩体力学特性的分析方面取得较好的结果。

目前国内相关的节理岩体力学特性研究现状如下：

1、《Mechanical behavior of rock-like jointed blocks with multi-non-persistent joints under uniaxial loading:A particle mechanics approach》一文，通过试验与误差分析，选择合适的细观力学参数值，利用PFC 3D程序研究了单轴荷载作用下非持久性高节理块体的宏观力学行为。重点研究了节理方向、节理尺寸、节理力学性能对节理块体强度、变形能力、应力-应变关系和节理块体水平破坏模式的影响(参见《Engineering Geology》,2015,190:17-32.Fan X,Kulatilake P H S W,Chen X.)；

2、《Fracture coalescence in rock-type materials under uniaxial andbiaxial compression》一文通过加载预裂石膏试件，研究了单轴和双轴压缩条件下的断裂聚结现象，观察到一些新现象及其对几何和其它条件的依赖性(参见《EngineeringGeology》,2015,190:17-32.Fan X,Kulatilake P H S W,Chen X.)。

但是，这些研究集中在节理扩展和贯通上，没有对工程项目的稳定性进行分析，也没有一个合适的模型方法来分析节理岩体的力学性质。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供基于几何损伤力学模型的节理岩体力学特性分析方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

基于几何损伤力学模型的节理岩体力学特性分析方法，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；