【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及巖石結構面本構模型，尤其是涉及一種非連續結構面剪切本構模型的構建方法。
技術介紹
1、在現代巖土工程中，錨桿是保障工程巖體長期穩定安全的重要支護方式之一。上世紀八十年代以來，國內外大量專家學者關注到錨桿不僅在軸向上將松動巖塊固定于穩定巖層上，而且還能在橫向上起到增強節理面剪切滑移作用。然而在錨桿巖體體系中，錨桿、巖塊和節理之間相互作用規律復雜并不明晰。此外，巖體內的軟弱結構面通常保有一定的強度，并不能簡單視為張開節理或者斷層，特別是工程巖體往往還受多組節理共同影響，這更加增大巖體破壞的復雜性以及支護調控的難度。
2、如圖1所示，在剪切作用下非連續節理內巖橋處率先發生起裂擴展破壞，錨桿在巖塊相互滑移錯動后發生彎曲，對穿過的節理面附近提供剪切、拉伸或擠壓作用力，從而負反饋反作用巖塊阻止巖橋剪切破壞及滑移錯動。因此，有必要進一步詳細了解此過程中非連續巖體的的力學特性，但存在參數物理力學意義不明確、重要的位移場演化規律描述不足等問題，而在本構模型研究中，模型參數物理力學意義的明確性是決定模型工程應用價值的重要因素。
技術實現思路
1、基于此，本專利技術的目的在于提供一種非連續結構面剪切本構模型的構建方法，能夠有效描述非連續結構面的剪切行為特征，有效提升本構模型的實用性。
2、為解決上述技術問題，本專利技術采用以下技術方案：
3、本專利技術提供了一種非連續結構面剪切本構模型的構建方法，其包括如下步驟：
4、步驟s1、通過不同法向應
5、步驟s2、基于jennings準則獲取初始的非連續結構面的巖體抗剪強度τ；
6、步驟s3、引入系數ξj和ξr分別對節理和巖橋處法向應力進行調整，同時引入系數ω對巖橋內聚力進行調整，獲取調整后的非連續結構面的巖體抗剪強度τ；
7、步驟s4、基于lajtai巖橋破壞理論判據獲取張拉、剪切以及強度失效三種非連續結構面的破壞判據；
8、步驟s5、獲取巖橋發生張拉破壞條件下、剪切破壞條件下以及強度失效破壞條件下對應的非連續結構面的剪切本構模型。
9、在其中一個實施例中，所述步驟s2的步驟包括：
10、基于mohr-coulomb強度準則，非連續結構面的抗剪應力由節理面和巖橋共同組成，即非連續結構面的巖體抗剪強度τ由節理面和巖橋的抗剪系數內聚力c和內摩擦角配合以連通度k為系數進行加權計算獲取
11、
12、其中，為結構面整體等效抗剪系數；cj、為結構面中節理抗剪系數；cr、為結構面中巖橋抗剪系數。
13、在其中一個實施例中，所述步驟s3中非連續結構面的巖體抗剪強度滿足
14、
15、其中，系數ξj和ω均在0～1之間取值，系數ξj和ξr之間與節理連通度k關系如下：
16、
17、在其中一個實施例中，所述步驟s4的具體步驟如下：
18、基于lajtai巖橋破壞理論判據獲取張拉、剪切以及強度失效等三種非連續結構面的破壞判據，非連續結構面的巖體抗剪強度τ根據法向應力數值大小分段表達依次滿足以下公式，
19、張拉破壞判據：
20、
21、剪切破壞判據：
22、
23、強度失效判據：
24、
25、其中：c為節理面調整參數，0～1之間取值；σt為完整巖石抗拉強度，mpa；cr為完整巖石內聚力，mpa；為完整巖石內摩擦角，°，為完整巖石內摩擦角，°。
26、在其中一個實施例中，所述步驟s5的步驟包括：
27、對巖橋不同位置進行力學分析，獲取微單元法向應力σa和切向應力τa：
28、
29、其中，τj表征為節理本身的抗剪強度；
30、獲取與水平方向呈β角度平面法向應力σβ和切向應力τβ：
31、
32、將該平面法向應力(σβ)對角度β求導，即：
33、
34、將式3-15代入式3-13和3-14，可獲取主應力平面上的最大應力及最小應力σ1、σ3：
35、
36、其中，σx表征為水平作用應力；
37、若巖橋發生初始張拉破壞，滿足最小主應力等于巖石材料抗拉強度，即：
38、
39、計算后可得到有效剪切應力：
40、
41、獲取巖橋發生張拉破壞條件下非連續結構面剪切本構模型為：
42、
43、在其中一個實施例中，所述步驟s5的步驟包括：
44、對巖橋不同位置進行力學分析，獲取微單元法向應力σa和切向應力τa：
45、
46、τa＝τs-kτj??????(3-12)
47、其中，τj表征為節理本身的抗剪強度；
48、獲取與水平方向呈β角度平面法向應力σβ和切向應力τβ：
49、
50、將該平面法向應力(σβ)對角度β求導，即：
51、
52、將式3-15代入式3-13和3-14，可獲取主應力平面上的最大應力及最小應力σ1、σ3：
53、
54、其中，σx表征為水平作用應力；
55、若巖橋發生初始強度破壞，滿足最大主應力等于巖石材料抗壓強度，即：
56、
57、計算后可得到有效剪切應力：
58、
59、獲取巖橋發生強度破壞條件下非連續結構面剪切本構模型為：
60、
61、在其中一個實施例中，所述步驟s5的步驟包括：
62、對巖橋不同位置進行力學分析，獲取微單元法向應力σa和切向應力τa：
63、
64、τa＝τs-kτj???????(3-12)
65、其中，τj表征為節理本身的抗剪強度；
66、獲取與水平方向呈β角度平面法向應力σβ和切向應力τβ：
67、
68、將該平面法向應力(σβ)對角度β求導，即：
69、
70、將式3-15代入式3-13和3-14，可獲取主應力平面上的最大應力及最小應力σ1、σ3：
71、
72、其中，σx表征為水平作用應力；
73、當巖橋發生剪切破壞時，根據coulomb-navier剪切判據，對有效剪切應力求導
74、
75、可得此外破壞面上剪切應力τβ和法向應力σβ符合mohr-coulomb強度準則，將式3-8和式3-9代入式3-25，可求得剪切破壞時巖橋的剪切應力：
76、
77、獲取巖橋發生剪切破壞條件下非連續結構面剪切本構模本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種非連續結構面剪切本構模型的構建方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的非連續結構面剪切本構模型的構建方法，其特征在于，所述步驟S2的步驟包括：
3.根據權利要求2所述的非連續結構面剪切本構模型的構建方法，其特征在于，所述步驟S3中非連續結構面的巖體抗剪強度滿足
4.根據權利要求3所述的非連續結構面剪切本構模型的構建方法，其特征在于，所述步驟S4的具體步驟如下：
5.根據權利要求4所述的非連續結構面剪切本構模型的構建方法，其特征在于：所述步驟S5的步驟包括：
6.根據權利要求4所述的非連續結構面剪切本構模型的構建方法，其特征在于：所述步驟S5的步驟包括：
7.根據權利要求4所述的非連續結構面剪切本構模型的構建方法，其特征在于：所述步驟S5的步驟包括：
【技術特征摘要】
1.一種非連續結構面剪切本構模型的構建方法，其特征在于，包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的非連續結構面剪切本構模型的構建方法，其特征在于，所述步驟s2的步驟包括：
3.根據權利要求2所述的非連續結構面剪切本構模型的構建方法，其特征在于，所述步驟s3中非連續結構面的巖體抗剪強度滿足
4.根據權利要求3所述的非連續結構面剪切本構模型的構建...
【專利技術屬性】
技術研發人員：林杭，溫觀平，劉宏偉，楊朝義，王澤越，別海龍，潘鏡桓，陳怡帆，湯藝，曹日紅，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：
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