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专利号: 202110557607X
申请人: 中南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-10-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于扰动状态概念的结构面剪切本构模型的构建方法,其特征在于,包括如下步骤:

基于扰动状态概念理论,定义扰动函数DF,建立RI响应及FA响应相对于观测响应的贡献;其中,FA响应相对于观测响应的贡献通过DF来进行表示,RI响应相对于观测响应的贡献通过1‑DF来进行表示,0≤DF≤1;RI响应指代为处于RI状态的材料剪切力学响应,即初始响应;FA响应指代为处于FA状态的材料剪切力学响应,即临界响应;观测响应指代为观测到的岩石结构面材料整体的剪切力学响应;

结合典型结构面剪切变形本构关系,分别获取初始响应及临界响应;

通过剪切试验观测量表征扰动函数DF,建立基于扰动状态概念的结构面剪切变形本构模型;

确定基于扰动状态概念的结构面剪切变形本构模型中的DSC参数;

将结构面剪切试验数据代入基于扰动状态概念的结构面剪切本构模型中,验证得到的结构面剪切本构模型能够准确模拟结果面剪切变形行为。

2.根据权利要求1所述的基于扰动状态概念的结构面剪切本构模型的构建方法,其特征在于,所述步骤基于扰动状态概念理论,定义扰动函数DF,建立RI响应及FA响应相对于观测响应的贡献之前,还包括:

定义岩石结构面材料整体由无数个岩石单元组成,其中,岩石单元总数为l,l→∞,单个岩石单元的面积是A0,剪切面积A可以表示为A=lA0,任意时刻处于RI状态的岩石单元数量为m,处于FA状态的岩石单元数量为n,l=m+n;

获取力学平衡方程τA=τRIARI+τFAAFA,其中,τ和A代表剪切应力和对应的剪切面积,τRI指的是处于RI状态下岩石单元所承受的剪切应力,ARI是处于RI状态下岩石单元的总面积,τFA表示处于FA状态下岩石单元所承受的剪切应力,AFA是处于FA状态下岩石单元的总面积;

获取剪切面积A、处于RI状态下岩石单元的总面积ARI、处于FA状态下岩石单元的总面积将 代入到力学平衡方程 中,并同时除以lA0后,得到剪切应力τ:

获取扰动函数

将表达式 及表达式l=m+n代入到表达式 的表达式变为:τ=τRI(1‑DF)+τFADF。

3.根据权利要求1或2所述的基于扰动状态概念的结构面剪切本构模型的构建方法,其特征在于,所述步骤结合典型结构面剪切变形本构关系,分别获取初始响应及临界响应的方法,具体操作过程包括:

结合典型结构面剪切变形本构关系曲线剪切应力τ‑剪切位移δ,分别获取初始响应τ=ksδ及临界响应τ=τr,其中,ks指代为剪切刚度,τr指代为残余剪切强度。

4.根据权利要求2所述的基于扰动状态概念的结构面剪切本构模型的构建方法,其特征在于,所述步骤通过宏观观测量表征扰动函数DF,建立基于扰动状态概念的结构面剪切变形本构模型的方法,包括如下步骤,随着剪切变形过程的推进,由RI状态变为FA状态的岩石单元数量也在增加,处于FA状态的岩石单元数量n与剪切位移δ的关系如下: 其中,r为比例参数,表示岩石单元的增长速率;

将表达式 两边求导得到 后,结合等式 及获取dDF/dδ,

对 进行积分后可得到扰动函

数DF的表达式为: 其中,C1和C2是积分过程中产生的积分参数;

定义参数 将表达式 代入到τ=ksδ(1‑DF)+τrDF中后,获得基于扰动状态概念的结构面剪切变形本构模型其中,ks、τr为剪切力学参数,可通过剪切试验直接获取,r、η为DSC参数。

5.根据权利要求4所述的基于扰动状态概念的结构面剪切本构模型的构建方法,其特征在于:所述步骤确定基于扰动状态概念的结构面剪切变形本构模型中的DSC参数的方法,具体操作包括,

根据峰值强度点 (δp,τp)对应的剪切应力‑剪切位移关系满足等式并且在峰值强度点(δp,τp)处剪切应力τ相对于剪切位移δ的导数为0,获得如下公式:

联立上述两公式后,获得基于扰动状态概念的结构面剪切变形本构模型中的DSC参数η和r的计算公式:

6.根据权利要求1或2所述的基于扰动状态概念的结构面剪切本构模型的构建方法,其特征在于,所述基于扰动状态概念理论,定义扰动函数DF,建立RI响应及FA响应相对于观测响应的贡献的方法,包括如下步骤:在DSC理论框架中,将变形岩石单元设定为RI状态岩石单元及FA状态岩石单元的组合;

定义扰动函数DF,获取RI状态岩石材料单元的响应及FA状态岩石材料单元的响应分别相对于观测到的岩石结构面材料整体的剪切力学响应的贡献。