一种基于空间随机分布微观剪切结构的土石混合体状态相关边界面模型的构建方法技术

本发明专利技术提供一种基于空间随机分布微观剪切结构的土石混合体状态相关边界面模型的构建方法，包括：S1、通过空间投影建立宏观应变

【技术实现步骤摘要】
t、n的第k分量；s
l
、t
l
、n
l
分别为s、t、n的第l分量。
[0012]S2、建立宏观应力
‑
微观应力关系
[0013]根据能量守恒原理，在球单元中，宏观变形耗散的能量等于宏观体积变形耗散的能量与微观剪切变形耗散的能量之和，宏观应力
‑
微观应力关系为：
[0014][0015]其中，σ
kl
为宏观有效应力张量；σ
m
为宏观平均有效应力；δ
kl
为Kronecker符号；N为最大微观剪切结构数；为数值积分加权系数；σ
(ij)
为微观剪应力；f
(i)
为微观剪切结构的空间随机分布密度函数，反映土石混合体的初始各向异性，当f
(i)
＝1时土石混合体为初始各向同性；
[0016]S3、建立宏观平均应力
‑
宏观体应变关系
[0017]宏观平均应力
‑
宏观体应变关系为：
[0018][0019][0020]其中，和分别为宏观弹性体应变和塑性体应变；h(*)为单位单位阶跃函数；<*>为麦考利符号；σ
m
为宏观平均有效应力；σ
mm
为历史最大宏观平均有效应力；K
e
和K
p
分别为宏观弹性体积模量和塑性体积模量，其中：
[0021][0022][0023]其中，e为孔隙比；p
>a
为标准大气压；κ＝κ0[(1+e)/(2.97
‑
e)]2，κ0为等向膨胀参数；σ
m
为宏观平均有效应力；λ＝λ0[(1+e)/(2.97
‑
e)]2，λ0为等向压缩参数；R
c
为宏观临界应力比； R为宏观应力比，定义为σ
kl
为宏观有效应力张量；δ
kl
为 Kronecker符号；g(θ)为屈服轨迹函数；θ为应力洛德角；
[0024]S4、建立微观应力
‑
剪胀关系
[0025]微观应力
‑
剪胀关系为：
[0026][0027]其中，为微观剪胀体应变；c
d
为剪胀参数；α
(ij)
＝σ
(ij)
/σ
m
为微观应力比，σ
(ij)
为微观剪应力，σ
m
为宏观平均有效应力；为微观塑性剪应变；为微观剪胀应力比，当时前取正号，当时前取负号；
[0028]S5、建立微观应力
‑
微观应变关系
[0029]微观应力
‑
微观应变关系为：
[0030][0031][0032]其中，为微观弹性剪应变；为微观弹性剪切模量；和分别为对应于微观应力比变化和宏观平均有效应力变化的微观塑性剪切模量，定义为：
[0033][0034][0035]其中，c
r1
、c
r2
和c
p
为模型参数；和分别为微观边界应力比和历史最大微观应力比；当dα
(ij)
＞0时前取正号，当dα
(ij)
＜0时前取负号；前取负号；为最近微观应力比转折点；为微观临界应力比；β
p
＝|σ
m
‑
σ
mr
|；σ
mr
为最近平均有效应力转折点；
[0036]S6、建立宏观和微观材料参数之间的关系
[0037]宏观和微观材料参数之间的关系为：
[0038][0039][0040][0041]其中，G
e
为宏观弹性剪切模量；G0为材料参数；R
b
和R
d
分别为宏观边界应力比和剪胀应力比；R
d
＝R
c
exp(m
d
ζ)；R
b
＝R
c
exp(
‑
m
b
ζ)；m
d
和m
b
为模型参数；ζ为状态参数，ζ＝e
‑
e
c
；e
c
为临界孔隙比，定义为：
[0042]e
c
＝c
e1
+c
e2
e
i
‑
c
e3
ln(σ
m
/p
a
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(15)
[0043]其中，c
e1
、c
e2
和c
e3
为材料参数；e
i
为初始孔隙比；
[0044]S7、建立状态相关的宏观应力
‑
宏观应变关系
[0045]状态相关的宏观应力
‑
宏观应变关系为：
[0046]dσ
kl
＝D
klst
dε
st
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0047]其中，D
klst
为弹塑性刚度矩阵，表示为：
[0048][0049]其中，各参变量定义如下：
[0050][0051][0052][0053]K
ep
＝K
e
K
p
/[K
p
+K
e
h(σ
m
‑
σ
mm
)<dσ
m
>/|dσ
m
|]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(21)
[0054][0055][0056]K
T
＝K
ep
/B
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(24)
[0057][0058]本专利技术提供一种基于空间随机分布微观剪切结构的土石混合体状态相关边界面模型的构建方法，包括：S1、引入微观剪切结构的概念，通过空间投影建立宏观应变
‑
微观应变关系； S2、根据能量守恒原理，建立考虑微观剪切结构空间随机分布影响的宏观应力
‑
微观应力关系； S3、建立宏观平均应力
‑
宏观体应变关系；S4、建立微观应力
‑
剪胀关系；S5、根据边界面模型理论，建立微观应力
‑
微观应变关系；S6、引入与密度和围压相关的状态参数，建立宏观和微观材料参数之间的关系；S7、建立状态相关的宏观应力
‑
宏观应变关系。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间随机分布微观剪切结构的土石混合体状态相关边界面模型的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立宏观应变
‑
微观应变关系以单位球作为土石混合体单元，将复杂的宏观变形分解为一个宏观体积变形和由一系列空间随机分布的独立虚拟微观剪切结构产生的微观剪切变形；微观剪切结构的方向由球体的单位法向量n表示；微观剪切结构上的宏观偏应变可以分解为一个法向(n)分量和两个切向(s和t)分量，s和t为两个单位切向量；通过空间投影，宏观应变
‑
微观应变关系为：其中，上标i为微观剪切结构序号；上标j＝1、2、3分别对应于s、t、n方向；下标k、l＝1、2、3；ε
(ij)
为微观剪应变；ε
kl
为宏观应变张量；为宏观应变张量；δ
kl
为Kronecker符号；s
k
、t
k
、n
k
分别为s、t、n的第k分量；s
l
、t
l
、n
l
分别为s、t、n的第l分量；S2、建立宏观应力
‑
微观应力关系根据能量守恒原理，在球单元中，宏观变形耗散的能量等于宏观体积变形耗散的能量与微观剪切变形耗散的能量之和，宏观应力
‑
微观应力关系为：其中，σ
kl
为宏观有效应力张量；σ
m
为宏观平均有效应力；δ
kl
为Kronecker符号；N为最大微观剪切结构数；为数值积分加权系数；σ
(ij)
为微观剪应力；f
(i)
为微观剪切结构的空间随机分布密度函数，反映土石混合体的初始各向异性，当f
(i)
＝1时土石混合体为初始各向同性；S3、建立宏观平均应力
‑
宏观体应变关系宏观平均应力
‑
宏观体应变关系为：宏观体应变关系为：其中，和分别为宏观弹性体应变和塑性体应变；h(*)为单位单位阶跃函数；<*>为麦考利符号；σ
m
为宏观平均有效应力；σ
mm
为历史最大宏观平均有效应力；K
e
和K
p
分别为宏观弹性体积模量和塑性体积模量，其中：弹性体积模量和塑性体积模量，其中：其中，e为孔隙比；p
a
为标准大气压；κ＝κ0[(1+e)/(2.97
‑
e)]2，κ0为等向膨胀参数；σ
m
为宏观平均有效应力；λ＝λ0[(1+e)/(2.97
‑
e)]2，λ0为等向压缩参数；R
c
为宏观临界应力比；R为宏观应力比，定义为σ
kl
为宏观有效应力张量；δ
kl
为Kronecker符号；g(θ)为屈服轨迹函数；θ为应力洛德角；S4、建立微观应力
‑
剪胀关系
微观应力
‑
剪胀关系为：其中，为微观剪胀体应变；c
d
为剪胀参数；α
(ij)
＝σ
(ij)
/σ
m
为微观应力比，σ
(ij)
为微观剪应力，σ
m
为宏观平均有效应力；为微观塑性剪应变；为微观...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾章波，裴志勇，董明名，王夏，邓小芹，王圆圆，
申请(专利权)人：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：