廣義Kelvin 蠕變損傷模型及其參數的智能辨識

徐國文， 何 川， 代 聰， 王士民

(西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室，四川 成都610031)

巖石的流變特性是巖石內在的時間特性，為了更準確地描述巖石的三階段流變變形特性，許多學者考慮巖石流變過程中的損傷，建立流變本構模型時引入了損傷力學理論.

高賽紅等在流變模型中考慮了硬化-損傷效應［1］;陳衛忠等考慮了黏滯系數損傷對巖石結構長期特性的影響［2］;朱昌新等研究了巖石蠕變的時效損傷［3］;K S Chan 等將損傷理論引入鹽巖流變的研究中［4］;楊圣奇等將巖石蠕變損傷演化特性分為2 個階段，考慮了損傷對巖石流變特性的影響［5］.

由于實際工程的需要，一些學者借助商業軟件開發平臺進行模型的二次開發.以FLAC3D 軟件為例，楊文東等將Burgers 損傷模型用于邊坡長期安全的研究［6］;黃明等對隧道圍巖在含水條件下的劣化進行了分析［7］.

本文在五參數廣義Kelvin 模型的基礎上，基于Lemaitre 應變等效原理，提出了考慮巖石蠕變過程中材料劣化效應的廣義Kelvin 蠕變損傷模型，并對該模型進行了二次開發;結合FLAC3D 數值計算程序及Matlab 平臺，采用粒子群算法、模擬退火算法與FLAC3D 相結合的方法對已有試驗數據進行反演.

1 廣義Kelvin 蠕變損傷模型

廣義Kelvin 模型(圖1(a))由1 個彈性體和2 個Kelvin 體構成，不能反映巖石的塑性特性和加速蠕變過程.因此，將流變參數的損傷特性和M-C(摩爾-庫倫)元件［8］引入該模型，建立廣義Kelvin蠕變損傷模型(圖1(b)).

圖1 2 種流變本構模型Fig.1 Rheological constitutive models

(1)σ≤σf時

本構方程為:

式中:ε 為總應變;σ 和σf分別為總應……