(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111329328.4 (22)申请日 2021.11.10 (71)申请人 西安建筑科技大 学 地址 710055 陕西省西安市碑林区雁塔路 13号 (72)发明人 王军保　王晓鹏　张玉伟　宋战平　 冯世进　王彤　姜恒坤　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 代理人 张宇鸽 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G01N 3/08(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 岩石单轴蠕变全 过程改进Maxwell模型及构 建方法 (57)摘要 本发明公开了岩石单轴蠕变全过程改进 Maxwell模型及构建方法， 属于岩石工程技术领 域， 通过对岩石试件开展单轴压缩蠕变试验， 获 得岩石蠕变曲线； 根据岩石蠕变曲线， 绘制岩石 蠕变速率随时间的变化规律曲线； 推测岩石蠕变 全过程中其粘滞系数随时间的变化规律， 并确定 其函数表达式； 以此代替常规模 型本构方程中的 粘滞系数， 建立改进Max well模型的本构方程； 并 对其进行积分， 获得蠕变方程； 最后根据岩石单 轴压缩蠕变试验结果， 确定模型参数。 该方法所 建模型不仅能以一个统一的函数表达式描述岩 石单轴压缩蠕变全过程的三个阶段， 还能反映岩 石力学性质在不同蠕变阶段的变化规律， 并 能很 方便的在数值分析软件中进行程序化， 便于其工 程应用。 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 CN 114065499 A 2022.02.18 CN 114065499 A 1.岩石单轴蠕变全过程改进Maxwel l模型的构建方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 采用单级加载方式， 对岩石试件开展不同轴向应力σ1、 σ2…σi‑1、 σi作用下的单 轴压缩蠕变试验， 获得岩石在对应轴向应力下的蠕变曲线， 其中， σ1＜σ2＜…＜σi‑1＜σi； 步骤二： 根据岩石在对应轴向应力下的全过程蠕变曲线， 计算岩石在不同时间点的蠕 变速率， 并绘制岩石蠕变速率随时间的变化 规律曲线； 步骤三： 假设岩石蠕变速率符合元件组合蠕变模型中粘性元件的本构方程， 根据岩石 蠕变速率随时间的变化规律曲线和粘性元件的本构方程， 推测岩石蠕变全过程中其粘滞系 数随时间的变化 规律， 并确定粘滞系数随时间变化的函数表达式； 步骤四： 以粘滞系数随时间变化的函数表达式代替常规Maxwell模型本构方程中的粘 滞系数， 建立改进Maxwel l模型的本构方程； 步骤五： 对改进Maxwell模型的本构方程进行积分， 并结合Kachanov蠕变损伤定律， 获 得改进Maxwel l模型的蠕变方程； 步骤六： 根据岩石单轴压缩蠕变试验结果， 确定改进Maxwel l模型的参数。 2.根据权利 要求1所述的岩石单轴蠕变全过程改进Maxwell模型的构建方法， 其特征在 于， 步骤一中， 不同轴向应力下的岩石总应变均由瞬时弹性应变和蠕变应变两部 分组成； 轴 向应力σi‑1和σi作用下岩石在试验时间内发生了加速蠕变， 蠕变曲线包含衰减 蠕变、 稳态蠕 变和加速蠕变三个阶段， 包含三个阶段 的蠕变曲线即为全过程蠕变曲线； 其余轴向应力作 用下岩石在试验时间内均未发生加速蠕变， 蠕变曲线仅包含衰减蠕变和稳态蠕变两个阶 段。 3.根据权利 要求1所述的岩石单轴蠕变全过程改进Maxwell模型的构建方法， 其特征在 于， 步骤二中， 岩石蠕变速率随时间的变化 规律划分为 三个阶段。 4.根据权利 要求1所述的岩石单轴蠕变全过程改进Maxwell模型的构建方法， 其特征在 于， 步骤三中， 岩石蠕变速率和粘滞系数 呈倒数关系。 5.根据权利 要求1所述的岩石单轴蠕变全过程改进Maxwell模型的构建方法， 其特征在 于， 步骤三中， 岩石粘滞系数随时间的变化 规律划分为 三个阶段。 6.根据权利 要求1所述的岩石单轴蠕变全过程改进Maxwell模型的构建方法， 其特征在 于， 步骤四中， 改进Maxwel l模型的本构方程 为 式中： 为轴向应力随时间的变化速率， E为岩石的弹性模量， t为时间， ηFN(t)为t时刻时 的岩石粘滞系数， tF为岩石蠕变破坏时间， m、 n、 ηFN均为材料参数。 7.根据权利 要求1所述的岩石单轴蠕变全过程改进Maxwell模型的构建方法， 其特征在 于， 步骤五中， 改进Maxwel l模型蠕变方程的最终表达式为 其中， A和 ν均为模型参数。 8.根据权利 要求1所述的岩石单轴蠕变全过程改进Maxwell模型的构建方法， 其特征在 于， 步骤六中， 改进Maxwel l模型参数的确定方法如下：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114065499 A 2弹性模量E根据岩石加载完成后产生的瞬时弹性应 变确定； 参数A和 ν 根据最后两级轴向应力σi‑1和σi作用下岩石发生蠕变破坏的时间确定； E、 A和ν确定后， 参数ηFN、 m和n根据不同轴向应力下的蠕变试验数据利用曲线拟合法反 演确定。 9.根据权利 要求8所述的岩石单轴蠕变全过程改进Maxwell模型的构建方法， 其特征在 于， 根据不同轴向应力下的蠕变试验数据利用曲线拟合法反演确定参数ηFN、 m和n的方法如 下： 第一步， 以待反演的参数 ηFN、 m和n作为设计 变量X， 即X＝{ ηFN， m， n}； 第二步， 建立目标函数Y， 取 式中： N为试验组数， 为t时刻计算蠕变 应变值， 为t时刻试验实测蠕变 应变值； 第三步， 设定目标函数的控制精度并进行参数迭代求解， 若目标函数满足精度要求， 则 停止迭代， 输出计算结果； 若不满足， 则继续迭代， 直到满足精度要求 为止； 且参数E、 ηFN、 m和n随轴向应力变化而变化。 10.根据权利要求1～9任意一项所述的岩石单轴蠕变全过程改进Maxwell模型的构建 方法所构建的Maxwel l模型， 其特 征在于， 由权利要求1～ 9任意一项所述方法构建而成。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114065499 A 3