[发明专利]水库消落带粘性土在湿干循环作用下的蠕变损伤模型建模方法

说明书

水库消落带粘性土在湿干循环作用下的蠕变损伤模型建模方法，构建一个粘弹性组合元件B，用来描述水库消落带粘土蠕变力学行为中的稳定蠕变阶段与衰减蠕变阶段，B元件的蠕变方程为ε_B；引入损伤阀值σ_S和时效损伤函数D(t)，描述粘土加速蠕变阶段的蠕变损伤；构建一个损伤粘塑性体元件C；将损伤阀值σ_S和时效损伤函数D(t)代入C元件中，确定C元件蠕变方程ε_C；将B元件的蠕变方程ε_B与C元件的蠕变方程引入经典Burgers模型蠕变方程，获得蠕变损伤模型的蠕变方程ε(t)。本发明可以精确反映库水位变动条件下水库消落带粘土的长期蠕变特征。

技术领域

本发明涉及水库消落带粘性土的蠕变力学行为技术领域，具体涉及一种水库消落带粘性土在湿干循环作用下的蠕变损伤模型建模方法。

背景技术

研究表明，库水位变动引起的地下水位变化是诱发库岸滑坡等各种地质灾害的重要因素之一。库区水位周期性涨落会致使水库消落带土体经历长期的饱水-失水的循环过程，这种长期的周期性的湿干交替过程将导致水库消落带土体的组成成分与物理力学性质等变化；同时，地下水本身也是各种工程地质灾害的重要诱因之一，水库消落带土体在饱水过程中，水与土体之间的长期物理化学作用会改变土体的矿物组成与微细观结构，使土体内部产生孔隙、溶洞与溶蚀裂隙等，导致土体的孔隙率增大，由此而引起其强度等物理力学性质的劣化，致使土体内部发生损伤。随着土体内部损伤的积累，土体宏观上的蠕变力学行为也将发生变化。

目前，国内外学者针对库水位变动条件下水库消落带粘性土的蠕变力学行为的研究并不多，且大多集中于湿干循环次数对土体蠕变力学行为的影响，而忽略了消落带土体自身初始含水率这一重要因素对其蠕变行为的影响，也未能描述土体蠕变试验过程中的加速蠕变阶段。

发明内容

基于现有的对水库岸坡消落带粘土蠕变行为研究中的上述不足，本发明提供一种水库消落带粘性土在湿干循环作用下的蠕变损伤模型建模方法，该方法根据库水位变动对土体的损伤机理，研究不同初始含水率状态下水库消落带粘土在经历不同次数的湿干循环作用后的蠕变力学行为的变化，并引入时效损伤函数来描述粘土体蠕变力学行为的加速蠕变阶段。该构建方法所构建出的模型，可以精确反映库水位变动条件下水库消落带粘土的长期蠕变特征。

本发明采取的技术方案为：

水库消落带粘性土在湿干循环作用下的蠕变损伤模型建模方法，包括以下步骤：

步骤1：针对不同初始含水率状态下水库消落带粘土在进行不同次数的湿干循环作用后，出现了粘土的物理力学性质发生一定程度的劣化，从而导致其蠕变过程中粘土的蠕变力学行为出现差异性这一现象：构建一个粘弹性组合元件B，元件示意图见图4；用来描述水库消落带粘土蠕变力学行为中的稳定蠕变阶段与衰减蠕变阶段，粘弹性组合元件B的蠕变方程为ε_B，见公式(3)；

步骤2：引入损伤阀值σ_S和时效损伤函数D(t)(见公式4)，描述粘土加速蠕变阶段的蠕变损伤；

步骤3：构建损伤粘塑性体元件C，元件示意图见图5，用来描述水库消落带粘土蠕变力学行为中的加速蠕变阶段；

步骤4：将步骤2中损伤阀值σ_S和时效损伤函数D(t)代入步骤3的损伤粘塑性体元件C中，确定损伤粘塑性体元件C的蠕变方程ε_C，见公式(8)；

步骤5：将步骤1中粘弹性组合元件B的蠕变方程为ε_B(见公式3)，与步骤3中损伤粘塑性体元件C的蠕变方程ε_C(见公式8)，引入经典Burgers模型的蠕变方程(见公式10)，获得能够精准描述粘土全蠕变过程蠕变力学行为的不同初始含水率的水库消落带粘性土在湿干循环作用下的蠕变损伤模型的蠕变方程ε(t)见公式(11)、公式(12)、公式(13)。