【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于岩土，具体为一种软岩边坡长期稳定性的分析方法。
技术介绍
1、软岩边坡开挖后，受大气反复干湿循环作用，岩体损伤演化由表及里，边坡长期稳定性随之下降，常常引发边坡浅层失稳、滑坡和崩塌等地质灾害；特别是一些裸露的软岩边坡，蠕变破坏的问题更为严重。准确评价软岩边坡长期稳定性，对我国公路建设具有重要意义。以往对软岩边坡稳定性的评价，但大多仅考虑了干湿循环对岩体强度的损伤劣化，较少对软岩边坡的长期稳定性进行分析，而事实与实践证明：大气干湿循环对软岩化学成份、微观结构和蠕变特性等影响显著，这势必会对软岩边坡长期稳定性造成不利影响。当前，仍缺乏可以准确分析软岩边坡长期稳定性的分析方法。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的上述问题，本专利技术的目的是提供一种软岩边坡长期稳定性的分析方法，考虑了干湿循环、轴压和时间的耦合作用，可以利用仿真软件、基于建立的数学模型对软岩边坡长期稳定性进行分析和预测，如此降低分析成本、提高分析预测效率。
2、为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种软岩边坡长期稳定性的分析方法，包括如下步骤：
4、步骤s1：根据干湿循环作用下软岩蠕变破坏过程的细观结构及宏观力学损伤特性演变规律，将软岩蠕变损伤分类并建立各类的损伤方程，将软岩蠕变损伤分为初始损伤、时效损伤和裂纹扩展损伤三类，以定量表征干湿循环、应力和时间造成软岩的损伤；
5、步骤s2：根据干湿循环作用下软岩的蠕变变形规律，将软岩蠕变曲线分为稳
6、步骤s3：利用步骤s1的损伤方程和步骤s2的蠕变模型建立稳定蠕变阶段和不稳定蠕变阶段的蠕变方程，利用初始损伤和时效损伤的耦合损伤变量修正粘弹性元件参数，引入裂纹扩展损伤修正粘塑性元件参数，构建了新的软岩蠕变损伤模型，以表征不同干湿循环次数和应力下软岩的应变随时间变化规律；
7、步骤s4：建立三维蠕变损伤数学模型，以分析干湿循环作用下软岩边坡时效变形特性的稳定性；
8、步骤s5：选用一款仿真软件，基于步骤s4建立的数学模型对选用的仿真软件进行二次开发，编写出自定义本构模型程序；
9、步骤s6：利用建模软件建立要进行稳定性分析的边坡模型，并导入步骤s5的仿真软件，采用步骤s5的自定义本构模型程序，得到不同干湿循环次数下边坡塑性区分布、潜在滑动面情况和水平位移变化规律；
10、步骤s7：当某个干湿循环次数下的边坡塑性区贯通、潜在滑动面形成、水平位移加速增大同时满足时，判定该干湿循环次数下软岩边坡蠕变破坏。
11、作为上述技术方案的进一步改进：
12、步骤s1中，初始损伤为软岩受干湿循环作用孔隙发育造成的细观结构损伤；时效损伤为岩石颗粒体随时间定向流动引起的岩石力学性能变化；裂纹扩展损伤是岩石裂纹在荷载作用下扩展、连通引起的岩石结构损伤劣化。
13、优选地，
14、；
15、；
16、；
17、；
18、；
19、；
20、；
21、；
22、；
23、其中，为总截面面积，为孔隙面积，为岩石孔隙率，为第级轴压下干湿循环次的瞬时弹性模量，是时间趋向无穷大时第级轴压下干湿循环次的弹性模量，是与干湿循环次数和轴压有关的函数，是时间，是与、、有关的函数，是与、、有关的函数，是时刻的应变，和为材料参数，、、分别是空间上三个相互垂直方向上软岩的三个主应力，为裂纹的起裂角，为岩石的泊松比，为裂纹的半径，为岩石的应力强度因子，根据能量互易定理获得，为与轴压有关的参数，通过最小二乘法对干湿循环作用下软岩的、、进行拟合，建立与轴压的函数关系。
24、步骤s2中，稳定蠕变阶段时，＜，软岩在荷载作用下仅发生瞬弹和粘弹性应变；不稳定蠕变阶段，≥，软岩在荷载作用下发生瞬弹、粘弹和粘塑性应变，其中，为轴压，为长期强度。
25、步骤s2中，粘弹性元件由弹簧和阻尼器组成，粘塑性元件由摩擦片和非线性阻尼元件并联组成。
26、步骤s3中，稳定蠕变阶段时，干湿循环作用下软岩稳定蠕变阶段的损伤为初始损伤与时效损伤耦合作用效应。
27、步骤s3中，稳定蠕变阶段时，干湿循环作用下软岩的损伤方程为：
28、。
29、步骤s3中，不稳定蠕变阶段时，时效弹性模量损伤为初始损伤与时效损伤耦合作用效应，粘塑性粘滞系数损伤为裂纹扩展损伤。
30、步骤s3中，不稳定蠕变阶段时的蠕变方程为：
31、；
32、＝；
33、其中，为应变，为初始粘滞系数，为初始弹性模量。
34、当＜时，蠕变损伤方程为：
35、；
36、当≥时，蠕变损伤方程为：
37、；
38、其中，是轴压方向的应变，，为剪切模量，体积模量。
39、步骤s5中二次开发时，将步骤s4建立的数学模型转换成选用的仿真软件可识别的函数形式，在具备开发环境和必要插件的基础上创建新项目，按照所述仿真软件要求完成所有选项，生成自定义本构模型程序。
40、步骤s5中，选用的仿真软件为flac3d，利用c++语言编写自定义本构模型嵌入到flac3d软件中进行分析。
41、步骤s7中，水平位移加速增大是指：监测点的水平位移随时间呈现非线性变化，且水平位移随时间增长的斜率增大。
42、本专利技术的有益效果是：
43、（1）本专利技术构建了干湿循环作用下软岩的蠕变损伤本构方程，即蠕变损伤数学模型，在此基础上，开发本构模型的算法，模拟分析大气干湿循环作用下软岩边坡的力学特性和变形规律，提出准确分析软岩边坡长期稳定性的方法。
44、（2）从细观角度分析干湿循环作用下软岩的蠕变变形机理，提出以孔隙、时效弹性模量和裂纹扩展参数为损伤变量，建立了软岩的初始、时效和裂纹扩展损伤方程，可以准确反映干湿循环、轴压和时间因素对软岩损伤演化规律。
45、（3）基于断裂力学和能量互易定理，提出利用粘塑性蠕变速率表征裂纹扩展速率，建立了岩石细观裂纹扩展参数与损伤的定量表征关系，为岩石裂纹扩展损伤演化定量研究提供了新的思路。
46、（4）提出利用粘弹性元件和弹塑性元件表征软岩蠕变非线性特性，具体的，基于元件模型理论，通过构造粘弹性元件和粘塑性元件串联建立软岩蠕变模型，并利用初始损伤和时效损伤的耦合损伤变量修正粘弹性元件参数，引入裂纹扩展损伤修正粘塑性元件参数，构建了新的岩石蠕变损伤模型，该模型能较好地表征干湿循环作用下软岩的非线性蠕变特征，且参数物理意义明确，可用于炭质泥岩边坡长期稳定性分析。
47、（5）将塑性区贯通、潜在滑移面形成和水平位移加速增大三本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种软岩边坡长期稳定性的分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤S1中，初始损伤为软岩受干湿循环作用孔隙发育造成的细观结构损伤；时效损伤为岩石颗粒体随时间定向流动引起的岩石力学性能变化；裂纹扩展损伤是岩石裂纹在荷载作用下扩展、连通引起的岩石结构损伤劣化：
3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于：步骤S2中，稳定蠕变阶段时，＜，软岩在荷载作用下仅发生瞬弹和粘弹性应变；不稳定蠕变阶段，≥，软岩在荷载作用下发生瞬弹、粘弹和粘塑性应变，其中，为轴压，为长期强度，粘弹性元件由弹簧和阻尼器组成，粘塑性元件由摩擦片和非线性阻尼元件并联组成。
4.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于：步骤S3中，稳定蠕变阶段时，干湿循环作用下软岩稳定蠕变阶段的损伤为初始损伤与时效损伤耦合作用效应，干湿循环作用下软岩的损伤方程为：
5.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于：步骤S3中，不稳定蠕变阶段时，时效弹性模量损伤为初始损伤与时效损伤耦合作用效应，粘塑性粘滞系数损伤为裂纹扩展损伤，不稳定蠕变阶段时
6.根据权利要求5所述的分析方法，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的分析方法，其特征在于：步骤S5中二次开发时，将步骤S4建立的数学模型转换成选用的仿真软件可识别的函数形式，在具备开发环境和必要插件的基础上创建新项目，按照所述仿真软件要求完成所有选项，生成自定义本构模型程序。
8.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于：步骤S5中，选用的仿真软件为FLAC3D，利用C++语言编写自定义本构模型嵌入到FLAC3D软件中进行分析。
9.根据权利要求7所述的分析方法，其特征在于：步骤S7中，水平位移加速增大是指：监测点的水平位移随时间呈现非线性变化，且水平位移随时间增长的斜率增大。
...【技术特征摘要】
1.一种软岩边坡长期稳定性的分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤s1中，初始损伤为软岩受干湿循环作用孔隙发育造成的细观结构损伤；时效损伤为岩石颗粒体随时间定向流动引起的岩石力学性能变化；裂纹扩展损伤是岩石裂纹在荷载作用下扩展、连通引起的岩石结构损伤劣化：
3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于：步骤s2中，稳定蠕变阶段时，＜，软岩在荷载作用下仅发生瞬弹和粘弹性应变；不稳定蠕变阶段，≥，软岩在荷载作用下发生瞬弹、粘弹和粘塑性应变，其中，为轴压，为长期强度，粘弹性元件由弹簧和阻尼器组成，粘塑性元件由摩擦片和非线性阻尼元件并联组成。
4.根据权利要求3所述的分析方法，其特征在于：步骤s3中，稳定蠕变阶段时，干湿循环作用下软岩稳定蠕变阶段的损伤为初始损伤与时效损伤耦合作用效应，干湿循环作用下软岩的损伤方程为：
5.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：李盛南，张军辉，吴岩，杨豪，彭俊辉，岳稍，陈康，任振华，吴颖洲，
申请(专利权)人：湖南工程学院，
类型：发明
国别省市：
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