[发明专利]考虑弯扭贡献效应的三维时效破裂模型

说明书

本发明公开了一种考虑弯扭贡献效应的三维时效破裂模型，所述三维时效破裂模型包括考虑弯扭贡献效应的岩体细观颗粒三维平行粘结应力模式、考虑弯扭耦合效应的岩体细观颗粒三维平行粘结时效劣化衰减指数型模式、考虑弯扭耦合效应且带拉伸截止限的摩尔库伦细观颗粒平行粘结时效破裂准则和考虑阻尼效应的细观颗粒三维线性接触模型。本发明适应于三维应力空间条件下应力和裂纹扩展速度之间的关系符合指数型的这类岩体，能对这类深部岩体工程在三维应力条件下的围岩长期稳定性预测、评价以及优化设计提供技术支持。

技术领域

本发明涉及工程岩体三维细观时效破裂分析技术领域，具体涉及一种考虑弯扭贡献效应的三维时效破裂模型。

背景技术

深部岩体工程开挖后的失稳与破坏往往不是在开挖后立刻发生的，一般都存在着明显的变形破裂时效性和灾变(岩爆、大变形等)的滞后性，严重危害工程的施工安全与长期运营。目前，在细观方面的时效力学研究成果相对较少。《深埋大理岩破裂扩展时间效应的颗粒流模拟》一文对锦屏大理岩破裂的时间效应进行了试验和二维数值分析(岩石力学与工程学报，2011，Vol.30 No.10:1989-1996)；《锦屏大理岩蠕变损伤演化细观力学特征的数值模拟研究》一文应用二维蠕变细观力学模型对锦屏大理岩短期和长期强度特征进行了数值研究(岩土力学，2013，Vol.34 No.12:3601-3608)。这类模型是根据驱动应力和裂纹扩展速度间的关系用来描述岩石细观层面上的二维时效破裂，适用于平面条件下应力和裂纹扩展速度之间符合指数表达方式的这类岩体。这类模型尚存在如下不足之处：(1)这类模型适用于平面应力或是平面应变问题，对于必须考虑三维应力条件下的深部岩体工程问题，该类二维模型因不能描述三维应力对岩体时效变形破坏的影响而缺乏适应性；(2)平行粘结断裂之后，颗粒之间只考虑一个方向的滑动摩擦力，没有考虑断裂颗粒间的法向接触的受力方式，不符合三维空间问题时岩体破裂后的细观颗粒在外荷载下的运动方式以及相邻颗粒摩擦力相互作用的方式；(3)颗粒间的剪切破裂准则是一条与平行粘结正应力平行的水平直线，也即这种剪切破裂准则与平行粘结正应力状态无关，只要平行粘结剪切应力大于或等于固定平行粘结剪切破裂强度，颗粒间即可发生剪切破裂，无法体现岩体中不同平行粘结正应力具有不同平行粘结剪切破裂强度的客观事实；(4)对于岩体这种摩擦粘结性材料，上述这类传统的平行粘结模型没有考虑粘结弯矩和粘结扭矩两者的贡献效应，也没有考虑两者的差异作用对岩体张拉破坏和剪切破坏的影响。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种考虑弯扭贡献效应的三维时效破裂模型，该模型适应于三维应力空间条件下应力和裂纹扩展速度之间的关系符合指数型的这类岩体，能对这类深部岩体工程在三维应力条件下的围岩长期稳定性预测、评价以及优化设计提供技术支持。

为实现此目的，本发明所设计的考虑弯扭贡献效应的三维时效破裂模型，其特征在于：所述三维时效破裂模型包括考虑弯扭贡献效应的岩体细观颗粒三维平行粘结应力模式、考虑弯扭耦合效应的岩体细观颗粒三维平行粘结时效劣化衰减指数型模式、考虑弯扭耦合效应且带拉伸截止限的摩尔库伦细观颗粒平行粘结时效破裂准则和考虑阻尼效应的细观颗粒三维线性接触模型。

上述技术方案中，所述考虑弯扭贡献效应的三维时效破裂模型适用于三维颗粒离散元分析方法、三维颗粒不连续变形分析方法和三维颗粒流形元分析方法。