本發(fā)明涉及地下工程的，尤其是一種基于能量耗散理論的砂卵石土力學(xué)行為分析方法。

背景技術(shù)：

1、目前能量耗散理論在受載巖石的裂紋產(chǎn)生、裂紋擴展、內(nèi)部損傷及漸進破壞過程等方面應(yīng)用較廣，但在砂卵石地層上的應(yīng)用鮮見。

2、因此，需要一種基于能量耗散理論的砂卵石土力學(xué)行為分析方法，以期能夠更清楚地認(rèn)識砂卵石土內(nèi)部隨機結(jié)構(gòu)對其整體應(yīng)力應(yīng)變行為的影響。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于能量耗散理論的砂卵石土力學(xué)行為分析方法，將能量耗散理論引入到砂卵石土的雙軸壓縮數(shù)值試驗中，能夠更清楚地認(rèn)識砂卵石土內(nèi)部隨機結(jié)構(gòu)對其整體應(yīng)力應(yīng)變行為的影響，并從能量的角度解釋其變形破壞過程。在進行數(shù)值模擬時，可先計算數(shù)值模型中各個單元在增量時間步△t內(nèi)能量的改變量，并累積起來得到當(dāng)前狀態(tài)下各個單元的能量值，而后將所有單元的能量值總和起來，除以數(shù)值模型的體積，即可得到當(dāng)前狀態(tài)下單位體積數(shù)值模型的能量值，即能量密度。

2、本發(fā)明目的實現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成：

3、一種基于能量耗散理論的砂卵石土力學(xué)行為分析方法，其特征在于所述方法包括：

4、(s1)基于橢圓形塊石形狀建立砂卵石土的雙軸壓縮數(shù)值模型；

5、(s2)采用給定的塊石和土體基質(zhì)的力學(xué)參數(shù)，開展一定圍壓下的雙軸壓縮數(shù)值試驗；

6、(s3)分析雙軸壓縮數(shù)值試驗全過程中砂卵石土的應(yīng)力應(yīng)變行為和能量演化機制。

7、在步驟s1中：

8、將砂卵石地層中粒徑小于20mm的部分看作土體基質(zhì)，將所述砂卵石地層的所有塊石粒徑區(qū)間劃分為5組，各個所述塊石粒徑區(qū)間的等效塊石粒徑分別為150mm、90mm、70mm、50mm和30mm；

9、數(shù)值模擬時，對所述雙軸壓縮數(shù)值模型底部施加法向固定的位移邊界條件，所述雙軸壓縮數(shù)值模型兩側(cè)施加大小等于圍壓的應(yīng)力邊界條件。

10、在步驟s2中：

11、根據(jù)室內(nèi)試驗結(jié)果，對數(shù)值模擬的參數(shù)進行標(biāo)定；

12、其中，采用控制變量法，開展一系列雙軸壓縮數(shù)值試驗?zāi)M研究彈性模量和內(nèi)摩擦角對砂卵石土應(yīng)力應(yīng)變行為的影響；通過試湊法進行反復(fù)試驗，對土體基質(zhì)的彈性模量和內(nèi)摩擦角進行逐一標(biāo)定，使數(shù)值模擬得到的應(yīng)力應(yīng)變曲線與室內(nèi)試驗結(jié)果吻合較好。

13、在步驟s3中：

14、當(dāng)所述砂卵石土的體積含石量vbp＝50％時，通過所述雙軸壓縮數(shù)值試驗得到所述砂卵石土的應(yīng)力應(yīng)變曲線和能量演化過程；

15、其中，所述砂卵石土的應(yīng)力應(yīng)變曲線無峰值點，呈現(xiàn)出應(yīng)變硬化特性；

16、基于能量耗散理論得到了所述雙軸壓縮數(shù)值試驗過程中吸收的總應(yīng)變能u、可釋放的彈性應(yīng)變能ue和不可逆的耗散能ud的演化規(guī)律，根據(jù)所述砂卵石土的能量演化過程可以將整個所述雙軸壓縮數(shù)值試驗過程分為3個階段：

17、第i階段：隨著總應(yīng)變能u的增加，彈性應(yīng)變能ue從零開始快速增大，耗散能ud一直為零保持不變，所述雙軸壓縮數(shù)值模型吸收的總應(yīng)變能u全部轉(zhuǎn)化為可釋放的彈性應(yīng)變能ue儲存起來，彈性應(yīng)變能占比ue/u為1.0，耗散能占比ud/u為零，沒有塑性變形產(chǎn)生，應(yīng)力應(yīng)變近似呈線彈性關(guān)系；

18、第ii階段：隨著總應(yīng)變能u的增加，彈性應(yīng)變能ue繼續(xù)增大，但增大速度逐漸減慢，且在總應(yīng)變能u中的占比急劇減?。慌c此同時，耗散能ud快速增大，且增大速度逐漸加快，在總應(yīng)變能u中的占比也急劇增大，但耗散能占比ud/u仍然小于彈性應(yīng)變能占比ue/u，彈性應(yīng)變能ue仍然占主導(dǎo)地位；在該階段，所述雙軸壓縮數(shù)值模型中大部分土體基質(zhì)單元耗散能量產(chǎn)生不可逆的塑性變形，且塑性變形快速發(fā)展，軸向應(yīng)力快速增大，應(yīng)力應(yīng)變呈非線性關(guān)系；

19、第iii階段：隨著總應(yīng)變能u的增加，彈性應(yīng)變能ue雖然仍在繼續(xù)增大，但增速已十分緩慢，在總應(yīng)變能u中的占比逐漸減小；與此同時，耗散能ud急劇增大，在總應(yīng)變能u中的占比也逐漸增大，且耗散能占比ud/u大于彈性應(yīng)變能占比ue/u，耗散能ud占據(jù)主導(dǎo)地位；在該階段，所述雙軸壓縮數(shù)值模型中土體基質(zhì)產(chǎn)生塑性變形的單元進一步增多，應(yīng)力增長緩慢，應(yīng)變急速增長。

20、本發(fā)明的優(yōu)點是：將能量耗散理論引入到砂卵石土的雙軸壓縮數(shù)值試驗中，能夠更清楚地認(rèn)識砂卵石土內(nèi)部隨機結(jié)構(gòu)對其整體應(yīng)力應(yīng)變行為的影響，并從能量的角度解釋其變形破壞過程。

技術(shù)特征：

1.一種基于能量耗散理論的砂卵石土力學(xué)行為分析方法，其特征在于所述方法包括：

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于能量耗散理論的砂卵石土力學(xué)行為分析方法，其特征在于在步驟s1中：

3.如權(quán)利要求2所述的一種基于能量耗散理論的砂卵石土力學(xué)行為分析方法，其特征在于在步驟s2中：

4.如權(quán)利要求3所述的一種基于能量耗散理論的砂卵石土力學(xué)行為分析方法，其特征在于在步驟s3中：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于能量耗散理論的砂卵石土力學(xué)行為分析方法，方法包括：基于橢圓形塊石形狀建立砂卵石土的雙軸壓縮數(shù)值模型；采用給定的塊石和土體基質(zhì)的力學(xué)參數(shù)，開展一定圍壓下的雙軸壓縮數(shù)值試驗；分析雙軸壓縮數(shù)值試驗全過程中砂卵石土的應(yīng)力應(yīng)變行為和能量演化機制。本發(fā)明的優(yōu)點是：將能量耗散理論引入到砂卵石土的雙軸壓縮數(shù)值試驗中，能夠更清楚地認(rèn)識砂卵石土內(nèi)部隨機結(jié)構(gòu)對其整體應(yīng)力應(yīng)變行為的影響，并從能量的角度解釋其變形破壞過程。

技術(shù)研發(fā)人員：黃昌富,李少華,王鵬,杜修力,李文兵,姚鐵軍,張明聚,李鵬飛,江玉生,劉中欣,欒煥強,謝劍楠,童彥劼,周建軍,李鳳遠
受保護的技術(shù)使用者：中鐵十五局集團有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30