[发明专利]一种冻融损伤软岩长期变形的预测方法

说明书

一种冻融损伤软岩长期变形的预测方法，对寒区岩土工程建设提供危岩体变形评判准则，保证基础工程全寿命周期使用的安全性。包括如下步骤：①构建冻融时效损伤变量多元函数；②结合冻融时效损伤变量多元函数，构建冻融时效损伤耦合蠕变力学本构方程；③对现场软岩进行标准规程采样，记录岩石试样的应变随应力及时间的变化值；④应变时间曲线与本构方程进行非线性拟合，既而确定方程中的各力学参数；⑤岩石力学参数转化为岩体力学参数；⑥通过室内外冻融循环等效方程确定等效冻融循环次数；⑦实测现场岩体应力场空间分布规律及位移增量；⑧预测该岩体在未来t_f时刻所对应的应变值。

发明名称

本明涉及工程技术领域，特别涉及一种冻融损伤软岩长期变形的预测方法。

技术领域

一种冻融损伤软性岩体长期变形的预测方法

背景技术

软岩是指在一定条件下具有明显塑性变形特征的岩体，以泥岩、页岩及粉砂岩等为主，其主要特征为强度低、孔隙度大、颗粒胶结性差、受风化作用显著、节理面发育及内含大量膨胀黏土矿物，在地壳表面以沉积岩、火成岩或变质岩的形式大量赋存。软岩的特殊性质使其对外界作用的敏感性较硬岩更高，就目前我国对西部地区进行的基础设施建设，面临了大量的寒区冻融岩体，其中以软岩为主受冻融作用较为显著，需以此作为载力体，其时效变形机制的研究及全寿命变形量预测就显得尤为重要。在实际工程中，软岩所承受的外界作用不是单一的循环幅值叠加，而是多场耦合条件下的复合结果，故寒区软岩时效劣化特征就应为冻涨、溶解、长期受荷等叠加作用下的直观反映，首先软岩受冻融损伤显著，具体表现为内部微观颗粒(如大量赋存的膨胀黏土矿物)对冻融作用的敏感性较强，连续的冻融疲劳加卸载破坏了岩体的原生结构，或扩展了岩体的微观缺陷，宏观上岩体的力学性能弱化，其次现实中软岩长期处在一定的应力场条件下，在低于屈服强度的条件下产生以弹性为主的变形后趋于稳定，在高于屈服强度条件下产生以塑性为主的变形后破坏，综合考虑在冻融时效损伤耦合作用下软岩的变形特征及量化反映对于寒区工程建设就具有指导性意义。

近年来国内外学者在试验层面及损伤理论对寒区冻融软岩变形劣化机制进行了许多研究，但对于实际寒区工程中运用的准则及方法较少且不全面，且多数仅限于考虑冻融后软岩瞬时力学行为，而现实中软岩在外荷载作用下经历长期变形到破坏的现象更为广泛；同时，对于构建软岩宏观损伤力学本构模型的方法较少，多数也仅为软岩的常规力学模型，如申请号201510387574.3《一种适用于加卸载全过程的软岩蠕变本构模型的建立方法》通过引入Kelvin体与弹簧元件构建了描述软岩流变力学特征的本构模型，该模型可定量分析出软岩衰减蠕变及卸载后含残余变形的本构关系，但由于模型的构建过程中没有考虑岩石流变的时效受荷损伤特性，其参数也为定常性，使得在一定条件下该模型具有局限性，基于此，在考虑流变的时效损伤同时引入外界损伤因子(如冻融损伤)，岩石长期变形为冻融时效损伤耦合条件下的综合体现，且将模型参数转换为岩体力学参数使其更能接近于现场损伤岩体的变形特征，以此作为变形预测指标更为可靠。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种冻融损伤软岩长期变形的预测方法，对寒区岩土工程建设提供危岩体变形评判准则，保证基础工程全寿命周期使用的安全性。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

本发明的一种冻融损伤软性岩体长期变形的预测方法，包括如下步骤：

①构建冻融时效损伤变量多元函数，包含冻融损伤与时效性疲劳损伤，其中冻融损伤以随冻融循环次数变化的非定常性软岩力学参数来量化，而时效性损伤以统计损伤随机分布函数来定义其长期受荷损伤累积效应，具体表达为：