[发明专利]基于流变模型应用的非线性岩石疲劳本构模型的构建方法

说明书

本发明公开了基于流变模型应用的非线性岩石疲劳本构模型的构建方法，其包括如下步骤：构建岩体疲劳本构模型；获取分数阶描述的粘性元件参数；获取基于分数阶导数的岩体疲劳本构模型εsubgt;eve/subgt;的应变表达式；获得引入Mittag‑Leffler函数后的基于分数阶导数的岩体疲劳本构模型εsubgt;eve/subgt;(N)；构建反映加速疲劳阶段力学特性的非线性疲劳本构模型εsubgt;vp/subgt;；获取岩体宏观初始损伤Dsubgt;ma/subgt;和岩体微观损伤Dsubgt;mi/subgt;耦合之后的损伤变量D；获得考虑初始损伤的加速疲劳阶段力学特性的非线性疲劳本构模型εsubgt;vp/subgt;(N)；获得考虑初始损伤的描述岩体疲劳全过程的非线性疲劳本构模型。本发明通过将描述不同疲劳阶段的非线性疲劳本构模型组合，建立描述岩体疲劳全过程的疲劳本构模型，该本构模型参数简单，物理力学意义明确。

技术领域

本发明涉及岩石结构面本构模型技术领域，尤其是涉及一种基于流变模型应用的非线性岩石疲劳本构模型的构建方法。

背景技术

在岩土工程的建设和地下矿石的开采过程中，岩体经常受到周期性的循环疲劳荷载。岩体内部位移场和应力场在这一过程中的宏微观演化，是导致岩体工程最终发生破坏的重要原因。从本构模型出发，能有效揭示岩体的力学机理，例如在文献“He,M.,et al.,Experimental investigation and damage modeling of salt rock subjected tofatigue loading.International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences,2019.114:p.17-23.”中对盐岩在不同应力幅值、加载频率和加载速率下的损伤演化规律展开了研究，并提出了一种基于应力、频率和加载速率的疲劳寿命预测模型；又如文献“Li,T.,et al.,Nonlinear behavior and damage model for fractured rock under cyclicloading based on energy dissipation principle.Engineering Fracture Mechanics,2019.206:p.330-341.”中在室内试验的基础上，基于能量耗散原理建立了裂隙岩体的损伤模型；文献“Liu,Y.and F.Dai,Adamage constitutive model for intermittent jointedrocks under cyclic uniaxial compression.International Journal of RockMechanics and Mining Sciences,2018.103:p.289-301.”基于Lemaitre应变等价原理，推导出了针对非连续节理岩体的耦合疲劳本构模型；文献“Meng,Q.,et al.,Research onnon-linear characteristics of rock energy evolution under uniaxial cyclicloading and unloading conditions.Environmental Earth Sciences,2019.78(23).”中基于循环加载条件下加载速率和岩性对岩石能量演化规律的影响，提出了一种非线性能量演化模型。

上述本构模型很好的研究了岩体在循环疲劳加载下的力学特性，但存在参数物理力学意义不明确、重要的位移场演化规律描述不足等问题，而在本构模型研究中，模型参数物理力学意义的明确性是决定模型工程应用价值的重要因素。因此，有必要建立一种物理力学意义明确的岩石疲劳本构模型。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种基于流变模型应用的非线性岩石疲劳本构模型的构建方法，建立描述岩体疲劳全过程的本构模型，该本构模型参数简单，物理力学意义明确。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种基于流变模型应用的非线性岩石疲劳本构模型的构建方法，其包括如下步骤：