[发明专利]一种适用于地震荷载下岩石动态本构模型的构建方法

权利要求书

1.一种适用于地震荷载下岩石动态本构模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1基于次加载面理论和Drucker-Prager屈服准则，构建岩石次加载面的函数以及岩石相似中心面的函数；

S2基于试验数据绘制岩石在不同围压下的偏应力-轴向应变关系曲线、不同应变率下岩石单轴压缩的应力应变曲线以及岩石循环加卸载试验应力-应变曲线；

S3将修正CWFS模型与动态增强因子模型进行耦合，以获取岩石的粘聚力的耦合计算模型，根据该耦合计算模型以及基于岩石弹性模量的损伤和应变率效应的耦合函数，并结合偏应力-轴向应变关系曲线、应力应变曲线以及岩石循环加卸载试验应力-应变曲线构建和求解弹塑性矩阵；

S4根据所述弹塑性矩阵构建岩石动态本构模型，同时更新步骤S1中岩石正常屈服面与次加载面相似比的函数式，重复步骤S1至步骤S4，直至所构建的岩石动态本构模型计算的应力满足次加载面上的屈服函数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：

S11选择Drucker-Prager屈服面作为次加载面理论的正常屈服面，构建正常屈服面上的屈服函数

其中，β(κ)为第二材料参数，κ为内变量，I₁和J₂则分别是应力σ的第一不变量和应力的偏应力第二不变量；

S12基于次加载面理论，构建岩石次加载面的函数

其中，为次加载面上的函数，为次加载面上应力，和则分别是次加载面上应力的第一不变量和次加载面上应力的偏应力第二不变量，R为次加载面与正常屈服面的相似比，β(κ)为第二材料参数，κ为内变量，为第一材料参数；

S13构建岩石相似中心面的函数

其中，s为相似中心，和则分别是相似中心面上相似中心s的第一不变量和相似中心面上相似中心s的偏应力第二不变量，R_s为相似中心面与正常屈服面之比。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S11中，

所述第二材料参数β(κ)的表达式为：

所述第一材料参数的表达式为：

式中，coh为岩石的粘聚力，该粘聚力是随内变量κ和应变率变化的函数；为岩石的内摩擦角。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤S3中，所述岩石的粘聚力的耦合计算模型为：

式中，为岩石的内摩擦角，该内摩擦角是随内变量κ变化的函数，其具体计算模型为：

所述内变量κ的具体计算模型为：

其中，c₀为粘聚力初始值，c_r为粘聚力最终值，为内摩擦角的初始值，为内摩擦角的最终值，是粘聚力开始变化时内变量的值，是内摩擦角开始变化时内变量的值，是粘聚力达到最终值时内变量的值，是内摩擦角达到最终值时内变量的值，dε^p是塑性应变增量，P是围压，f_c是单轴抗压强度，a₁和a₂分别为第三材料参数和第四材料参数，tr为矩阵的迹，为静态荷载下的应变率，d为强度动态增强因子模型的第五材料参数，n是围压p的函数，其用于表示内变量k的增长速率。