[发明专利]基于横观各向同性岩体三维蠕变模型的参数辨识方法

摘要

本发明公开了一种基于横观各向同性岩体三维蠕变模型的参数辨识方法，旨在解决现有技术中存在的岩石材料的各向异性蠕变本构模型难以全面反映出横观各向同性岩体的蠕变力学特性的技术问题。本发明首次提出了横观各向同性岩体三维模型蠕变参数的辨识方法，可实现采用一套蠕变参数同时表现出横观各向同性岩体不同层理方向蠕变特征的目的，应用范围广泛。

主权项

1.一种基于横观各向同性岩体三维蠕变模型的参数辨识方法，包括以下步骤：（1）将岩石试样制成层理水平岩样和层理垂直岩样，进行横观各向同性岩体的三轴或单轴压缩蠕变试验；（2）采用陈氏加载法进行处理步骤（1）的试验结果，得层理水平岩样和层理垂直岩样的分级蠕变试验曲线；（3）三维空间中，设xoy为层理面所在平面，采用以下层状岩体的三维蠕变本构方程，进行相应应变计算： ——式（I）；——式（II）；——式（III）；——式（IV）；——式（V）；——式（VI）；式（I）至式（VI）中：ε_x为x方向的正应变；ε_y为y方向的正应变；ε_z为z方向的正应变；γ_yz为yoz平面的剪应变；γ_xz为xoz平面的剪应变；γ_xy为xoy平面的剪应变；μ_hh、μ_hv分别为平行和垂直层理方向的泊松比；Εh M、ηh M、Εh K、ηh K，及对应的n₁、n₂、n₃、n₄分别为垂直层理面方向的独立拉压蠕变参数；t为时间；σ_x为方向的正应力，σ_y为方向的正应力，σ_z为方向的正应力；（4）对于层理水平岩样，xoy平面为各向同性平面，则σ_x=σ_y=σ₃，σ_z=σ₁，ε_z=ε0轴，其应变采用式（III）计算，式（III）变换为式（VII）：——式（VII）；对于层理垂直岩样，σ_x=σ_y=σ₃，σ_x=σ₁，ε_x=ε90轴，其应变采用式（I）计算，式（I）变换写为式（VIII）：——式（VIII）；式中，σ₁为轴向大主应力；σ₃为环向小主应力；（5）基于式（VII），结合层理水平岩样的蠕变试验曲线，通过Levenberg‑Marquardt非线性最小二乘法进行拟合得到参数组合Εh Mn₁、ηh Mn₂、Εh Kn₃和ηh Kn₄；（6）若层理水平岩样和垂直岩样采用相同的应力水平进行蠕变试验，则将所述Εh Mn₁、ηh Mn₂、Εh Kn₃和ηh Kn₄代入式（VIII）中；根据层理垂直岩样的蠕变试验曲线结果，拟合得到Εh M、ηh M、Εh K和ηh K；（7）将所述Εh Mn₁、ηh Mn₂、Εh Kn₃、ηh Kn₄和所述Εh M、ηh M、Εh K、ηh K的计算结果相除，得出n₁、n₂、n₃和n₄，得横观各向同性岩体的拉压蠕变参数。