[发明专利]一种改进Burgers岩石剪切蠕变模型的方法

权利要求书

1.一种改进Burgers岩石剪切蠕变模型的方法，包括以下步骤：

S1、针对蠕变状态下岩石抗剪强度的时间差异性，构建一个由一个塑性元件和一个粘性元件并联而成描述岩石加速蠕变阶段力学特性的非线性元件γ；其中塑性元件参数τ_d表征岩石实际抗剪强度，其值随时间变化，粘性元件表征岩石剪应变速率，参数η线性不变；

S2、采用广泛适用于流变领域的Kachanov定律，描述岩石加速蠕变阶段时效损伤函数D(t)；

S3、基于S2步骤中的时效损伤函数D(t)，确定抗剪强度τ_d的具体表达式τ_d(t)；

S4、将残余强度τ_r引入S3步骤中抗剪强度函数τ_d(t)，构建考虑残余强度的修正抗剪强度函数τ_d(t)；

S5、将步骤S4中修正抗剪强度函数τ_d(t)代入步骤S1的非线性元件中，确定元件本构方程γ(t)；

S6、将步骤S5元件本构方程γ(t)引入经典Burgers模型本构方程，获得精准反映全蠕变过程力学行为的改进Burgers模型本构方程γ_B(t)；

所述S1步骤中，非线性元件的本构方程为：式中τ为加载剪应力，τ_d表征岩石实际抗剪强度，η表征岩石剪应变速率。

2.根据权利要求1所述的改进Burgers岩石剪切蠕变模型的方法，其特征在于，所述S2步骤中，获得岩石加速蠕变阶段时效损伤函数D(t)的方法，具体包括以下步骤：

S2.1、采用Kachanov定律描述岩石加速蠕变阶段损伤D：

式中，A，δ为由蠕变试验确定的材料常数；ρ为岩石所受应力；

S2.2、对S2.1中的公式积分，得到完全损伤时刻t_R函数表达式

t_R＝[A(δ+1)ρ^δ]^-1

式中，t_R为岩石完全损伤的时刻；

S2.3、基于S2.1和S2.2的公式，结合初始条件加速蠕变阶段开始时D＝0；完全损伤时D＝1，推导出蠕变状态岩石损伤演化方程

式中t_s为岩石进入加速蠕变阶段的时刻；t_R为岩石完全损伤的时刻；当t＝t_s时，D＝0；t＝t_R时，D＝1。

3.根据权利要求1所述的改进Burgers岩石剪切蠕变模型的方法，其特征在于，所述S3步骤中确定岩石抗剪强度表达式τ_d(t)的方法，具体包括以下步骤：

S3.1、依据损伤力学理论，将抗剪强度τ_d表达式确定为：

τ_d＝τ(1-D)

S3.2、将D(t)的表达式代入S3.1的公式中，获得基于Kachanov定律的抗剪强度时间函数τ_d(t)，表达式为：

式中：

4.根据权利要求1所述的改进Burgers岩石剪切蠕变模型的方法，其特征在于，所述步骤S4中获得考虑残余强度的修正抗剪强度函数τ_d(t)的方法，具体包括以下步骤：

S4.1、根据Mohr-Coulomb准则，由摩擦力组成的残余强度τ_r的表达式为：

τ_r＝σtanα

式中，σ为法向应力，α为岩石内摩擦角

S4.2、依据岩石剪切破坏后仍具有残余强度，对S3步骤中的岩石抗剪强度τ_d(t)进行修正，得到修正后的抗剪强度时间函数τ_d(t)为：

改进后的抗剪强度函数在当t＝t_s时，τ_d＝τ，t＝t_R时，τ_d＝τ_r，符合岩石实际剪切特征。