申请/专利权人：中铁四局集团有限公司;安徽理工大学

申请日：2023-11-30

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN117332618B

主分类号：G06F30/20

分类号：G06F30/20;G06Q50/02;G06N5/02;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2024.01.19#实质审查的生效;2024.01.02#公开

摘要：本发明提供一种围岩壳失稳分析方法，涉及岩土力学技术领域，所述方法包括：建立圆柱形壳体的围岩壳基础模型；根据围岩壳基础模型，得到围岩壳基础模型的能量平衡方程；根据能量平衡方程，得到围岩壳发生轴向失稳的临界条件和围岩壳发生环向失稳的临界条件；根据轴向失稳的临界条件，得到围岩壳基础模型的轴向尺寸与轴向失稳的临界应力的轴向关系图谱；根据环向失稳的临界条件，得到围岩壳基础模型的壳体的圆心角与环向失稳的临界应力的环向关系图谱；根据轴向关系图谱和环向关系图谱，得到围岩壳失稳的分析结果。本发明的围岩壳失稳分析方法，基于圆柱形壳体的围岩壳基础模型作为力学框架下，剖析改善围岩壳的稳定性，减小岩爆发生概率。

主权项：1.一种围岩壳失稳分析方法，其特征在于，包括：建立圆柱形壳体的围岩壳基础模型；根据所述围岩壳基础模型，得到所述围岩壳基础模型的能量平衡方程；根据所述能量平衡方程，得到所述围岩壳发生轴向失稳的临界条件和所述围岩壳发生环向失稳的临界条件；根据所述轴向失稳的临界条件，得到所述围岩壳基础模型的轴向尺寸与所述轴向失稳的临界应力的轴向关系图谱；根据所述环向失稳的临界条件，得到所述围岩壳基础模型的壳体的圆心角与所述环向失稳的临界应力的环向关系图谱；根据所述轴向关系图谱和所述环向关系图谱，得到所述围岩壳失稳的分析结果；其中，所述根据所述围岩壳基础模型，得到所述围岩壳基础模型的能量平衡方程，包括：根据所述围岩壳基础模型，得到所述围岩壳基础模型的应力与应变的关系；根据所述应力与应变的关系，得到所述围岩壳基础模型的能量平衡方程；其中，所述根据所述围岩壳基础模型，得到所述围岩壳基础模型的应力与应变的关系，包括：根据所述围岩壳基础模型，得到所述围岩壳基础模型的径向坐标；根据所述径向坐标、所述围岩壳基础模型的中面的应变分量和本征应变分量，得到所述围岩壳基础模型的内部应变；所述内部应变为：；其中，为所述中面的所述应变分量，为所述本征应变分量，为所述径向坐标，为所述中面的曲率和扭率，为所述内部应变；根据所述内部应变和所述围岩壳基础模型的所述中面的位移，得到所述中面的应变以及所述曲率与所述扭率的线性关系；根据所述中面的应变以及所述曲率与所述扭率的线性关系，得到所述围岩壳基础模型的应力与应变的关系；其中，所述根据所述应力与应变的关系，得到所述围岩壳基础模型的能量平衡方程，包括：根据所述应力与应变的关系，得到所述围岩壳基础模型的内部应力；根据所述内部应力，得到所述围岩壳基础模型的薄壳的能量，所述围岩壳基础模型的壳体包括无限个所述薄壳；所述薄壳的能量为：；其中，为所述围岩壳基础模型受到的外力，为所述围岩壳基础模型垂直于所述中面的位移，为所述围岩壳基础模型的所述内部应力，为所述径向坐标；根据所述薄壳的能量，得到所述围岩壳基础模型的总能量变分公式；所述总能量变分公式为：；其中，t为所述围岩壳基础模型的壳体厚度；根据所述围岩壳基础模型的总能量变分公式，得到所述能量平衡方程；其中，所述根据所述围岩壳基础模型的总能量变分公式，得到所述能量平衡方程，包括：当所述围岩壳基础模型的总能量为极小值时，所述围岩壳基础模型处于平衡状态；通过所述围岩壳基础模型的总能量变分公式，得到所述围岩壳基础模型处于平衡状态的所述能量平衡方程；所述能量平衡方程为：；其中，为所述围岩壳基础模型的膜力分量，为二重拉普拉斯算子，为所述围岩壳基础模型的内径，为所述壳体的抗弯曲刚度；其中，根据所述能量平衡方程，得到所述围岩壳发生轴向失稳的临界条件和所述围岩壳发生环向失稳的临界条件，包括：根据能量平衡方程，得到所述围岩壳基础模型发生轴向失稳时，所述围岩壳基础模型在轴向、径向及环向的位移的幅值；将所述围岩壳基础模型在轴向、径向及环向的位移的幅值，代入所述能量平衡方程，得到所述能量平衡方程中关于所述轴向、径向及环向的位移的幅值的系数；根据所述轴向、径向及环向的位移的幅值的系数，结合等效刚度与所述围岩壳基础模型的无量纲化的波数的线性关系，得到所述围岩壳发生轴向失稳的临界条件；所述轴向失稳的临界条件为： ；其中，为所述围岩壳基础模型的轴向失稳波数，为所述围岩壳基础模型的厚度，为所述围岩壳基础模型的平均弹性模量，为所述围岩壳基础模型的泊松比，为所述围岩壳基础模型的轴向应力；其中，所述根据所述能量平衡方程，得到所述围岩壳发生轴向失稳的临界条件和所述围岩壳发生环向失稳的临界条件，还包括：根据所述能量平衡方程，得到所述围岩壳基础模型发生环向失稳时，所述围岩壳基础模型在轴向、径向及环向的位移的幅值；将所述围岩壳基础模型在轴向、径向及环向的位移的幅值，代入所述能量平衡方程，得到所述能量平衡方程中关于所述轴向、径向及环向的位移的幅值的系数；根据所述轴向、径向及环向的位移的幅值的系数，结合所述围岩壳基础模型的厚度特性，得到所述围岩壳发生环向失稳的临界条件；所述厚度特性为： ；其中，所述t为所述围岩壳基础模型的壳体厚度，所述r为所述围岩壳基础模型的所述内径；所述环向失稳的临界条件为： ；其中，为所述围岩壳基础模型的环向失稳波数，为所述围岩壳基础模型的厚度，为所述围岩壳基础模型的平均弹性模量，为所述围岩壳基础模型的环向应力。

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