[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

说明书

本发明公开了一种基于DDA理论的节理摩擦系数动态衰减计算方法，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。本发明可以更真实地模拟地震作用下结构面磨损而导致的摩擦系数衰减现象。

技术领域

本发明涉及岩石力学与工程岩体循环剪切破坏数值仿真领域，尤其涉及一种基于DDA理论的节理摩擦系数动态衰减计算方法。

背景技术

非连续变形分析(Discontinuous Deformation Analysis，简称DDA)理论是研究包括岩体在内的非连续介质的有力工具；该理论自20世纪80年代提出以来，受到了岩土工程界学者的广泛关注，陆续在国内外大中型岩体工程中得到了应用，其有效性已经被大量验证；DDA理论的研究对象是离散的块体系统，其优点在于，能够充分考虑块体与块体间的相互作用，通过在块体界面上增、减接触弹簧，能正确模拟块体与块体间接触面的闭合，张开和剪切滑移。

导致地震滑坡发生高速远程运动的主要原因之一可能为其结构面摩擦阻力的降低，即为结构面摩擦系数迅速的衰减；含软弱夹层的岩体在强震作用即循环剪切作用下，岩体结构面磨损劣化程度尤为明显。研究结构面动态摩擦系数衰减规律从而建立数学模型可以较好地用于DDA数值模拟，实现实时追踪岩体稳定性变化；现有技术中并未将岩体结构面摩擦系数衰减考虑进滑坡的动力过程稳定性分析中，未综合考虑可能影响节理摩擦系数变化的岩体轴向压力峰值及动荷载等因素。

因此，为解决上述问题，就需要一种基于DDA理论的节理摩擦系数动态衰减计算方法，可对由地震触发的岩体节理动态摩擦衰减行为进行更真实的数值模拟，进而更好地模拟滑坡运动。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于DDA理论的节理摩擦系数动态衰减计算方法，可对由地震触发的岩体节理动态摩擦衰减行为进行更真实的数值模拟，进而更好地模拟滑坡运动。

本发明提供了一种基于DDA理论的节理摩擦系数动态衰减计算方法，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。

进一步地，在步骤S1中，获取的岩样参数包括内摩擦角及粘聚力。

进一步地，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。

进一步地，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。

进一步地，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)