[发明专利]一种基于DDA理论的节理摩擦系数动态衰减计算方法

权利要求书

1.一种基于DDA理论的节理摩擦系数动态衰减计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.通过岩石力学试验获取岩样结构面初始抗剪切参数；

S2.进行室内循环剪切实验，利用实验数据制作剪切强度比-剪切循环次数散点图；

S3.利用步骤S2制作的散点图基于数据拟合方法获取拟合函数，建立岩体结构面动态剪切摩擦系数衰减模型；

S4.根据步骤S3编制节理摩擦系数动态衰减程序并加入DDA代码中，用以实现结构面动态摩擦衰减的数值计算；

S5.记录DDA模型块体边-边接触块体的相对位移、循环剪切系数及相对速度实时更新节理摩擦系数，实现岩体节理动态摩擦衰减行为的数值模拟；

在步骤S3中，岩石结构面动态剪切摩擦系数衰减模型中的参数和数学表达式由以下步骤确定：

S31.定义节理的动态剪切衰减系数μ(t)：

μ(t)＝X(t)V(t)

其中，X(t)为每次循环剪切的峰值剪切强度τ_max(MPa)与初始剪切强度τ₀(MPa)之比，V(t)为相对速度影响系数；

S32.基于实验结果定义剪切强度比X(t)的数学表达式：

其中，n(t)为剪切循环次数，R₁(t)为不同循环剪切位移幅值B(t)(mm)下X(t)的收敛值，R₂(t)为R₁(t)的收敛值，与轴向压力ω有关；f₁(n(t))、f₂(B(t))存在负幂指数函数或双曲线函数两种可能形式，由实验结果确定，f₃(ω)基于实验数据拟合获得；

S33.基于实验结果定义相对速度影响系数θ(t)的数学表达式：

V(t)＝R+(1-R)f₄(|ν(t)|)

其中，R为相对速度影响系数的收敛值基于试验数据拟合获得，f₄(|ν(t)|)为拟合函数，由实验结果确定，存在负幂指数函数或双曲线函数两种可能形式；

S34.采用最小二乘法拟合曲线获取模型函数参数以及函数收敛值。

2.根据权利要求1所述的一种基于DDA理论的节理摩擦系数动态衰减计算方法，其特征在于：

在步骤S1中，获取的岩样参数包括内摩擦角及粘聚力。

3.根据权利要求2所述的一种基于DDA理论的节理摩擦系数动态衰减计算方法，其特征在于：

在步骤S2中，室内循环剪切实验使用的岩石循环剪切仪的法向荷载为多种轴向压力。

4.根据权利要求3所述的一种基于DDA理论的节理摩擦系数动态衰减计算方法，其特征在于：

在步骤S2中，采用单一控制变量法设定采用不同循环剪切速率、横向循环剪切位移、循环荷载频率、轴向压力进行实验。

5.根据权利要求4所述的一种基于DDA理论的节理摩擦系数动态衰减计算方法，其特征在于：

在步骤S4中，利用以下公式计算岩石节理动态摩擦系数的衰减：

其中，为节理的初始内摩擦角，为t时刻节理内摩擦角；参数ω、B(t)、n(t)、|ν(t)|由DDA运行过程中的监测数据输入。

6.根据权利要求5所述的一种基于DDA理论的节理摩擦系数动态衰减计算方法，其特征在于：

在步骤S5中，岩体节理动态摩擦衰减行为的数值模拟包含以下步骤：

S51.输入几何参数、材料参数以及DDA计算参数；

S52.对块体间接触状态进行搜索，若节理间产生相对运动或张开则将节理粘聚力设置为0，否则进行下一步；

S53.构造除接触子矩阵以外的所有子矩阵；

S54.增加或去掉由接触弹簧形成的接触子矩阵，求解整体方程组；

S55.判断是否收敛，若是则进行下一步，否则返回S54；

S56.更新块体节点坐标、加速度、速度及块体应力数据，计算节理摩擦衰减系数；

S57.判断是否为最后时间步，若是结束计算，否则返回S52。