[发明专利]一种考虑冻融环境下的岩体工程稳定性分析方法

权利要求书

1.一种考虑冻融环境影响下的岩体工程稳定性分析方法，其特征在于，包括：

S1、创建表达冻融次数与岩体损伤之间关系的冻融损伤模型；

S2、创建表达岩体塑性引起的损伤效应的岩体荷载损伤模型；

S3、创建表达冻融荷载综合作用的冻融荷载耦合损伤演化模型；

S4、基于Hoek-Brown岩体非线性强度准则，创建弹塑性损伤模型；

S5、求解所述弹塑性损伤模型对应的应力；

S6、获取达到极限平衡状态时岩体工程对应的安全系数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冻融损伤模型对应的表达式：

其中，D_t表示冻融损伤变量，N表示冻融循环次数，N_f表示实验最大冻融次数，D_f表示与N_f对应的损伤值；q、r均为常数；

其中，n₀和n分别表示岩石冻融前后孔隙率，V_P和V′_P分别表示岩石冻融前后纵波波速。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩体荷载损伤模型对应的表达式为：

其中，表示等效塑性应变，D_m表示受荷损伤变量，α与β均为经验系数；

等效塑性应变对应的表达式为：

式中：ε_p1、ε_p2、ε_p3分别为x轴、y轴、z轴三个方向上的主塑性应变。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冻融荷载耦合损伤演化模型对应的表达式为：

D_c＝D_t+D_m-D_tD_m (5)

其中，D_c表示岩石的冻融-荷载总损伤变量；D_tD_m表示耦合项。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弹塑性损伤模型对应的表达式为：

式中：p表示静水压力，J₂表示第二偏应力不变量，θ表示罗德角，σ_ci表示完整岩石单轴抗压强度，m_b，s和a均表示经验常数；

其中，

式(7)-(9)中：GSI表示地质强度指标；m_i表示岩石的软硬程度；

对应的剪切模量G(D_c)、体积模量K(D_c)表达式分别为

式中，G₀表示初始剪切模量，K₀表示初始体积模量，E₀表示未损伤材料的弹性模量，ν表示泊松比。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，求解所述弹塑性损伤模型对应的应力的过程包括：

S51、在主应力空间中，对所述弹塑性损伤模型进行弹性预测分析以获得所述模型自弹性状态进入塑性状态对应的极限参数；

S52、进行塑性修正分析，即对应力空间进行划分，判断应力回映位置，并根据回映位置，建立更新应力及多个或单一塑性因子对应的求解式以对应力进行更新；所述应力回映位置包括单一屈服面、双屈服面相交的棱线或者多屈服面相交的尖点处中的一种或者多种组合；

S53、进行塑性修正分析，即完成应力更新后，计算出等效塑性应变后对损伤变量进行更新并获得所对应的应力张量；

S54、获取一致切线模量以给定迭代求解过程所需的模量。