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申请/专利权人：青岛理工大学

摘要：本发明公开一种蠕变裂纹起裂及扩展的预测方法、系统、设备及介质，涉及岩土工程领域。该方法包括：获取岩土材料的蠕变数据和裂纹体受力情况；建立Burgers蠕变模型，并根据Burgers蠕变模型和蠕变数据确定蠕变参数；根据受力条件，建立考虑渗流场和应力场影响的裂纹面上应力场模型；根据蠕变参数和裂纹面上应力场确定裂纹尖端蠕变断裂强度因子；基于最大周向应力准则和压剪断裂强度准则，根据裂纹尖端蠕变断裂强度因子预测蠕变裂纹起裂信息；根据裂纹体受力情况建立翼型裂纹扩展模型，并根据翼型裂纹扩展模型和裂纹尖端蠕变断裂强度因子预测蠕变裂纹扩展信息。本发明能够准确、高效地预测得到裂纹的起裂及扩展信息。

主权项：1.一种蠕变裂纹起裂及扩展的预测方法，其特征在于，包括：获取岩土材料的蠕变数据和裂纹体受力情况；所述蠕变数据包括：受力条件和应变-时间曲线；所述受力条件包括：最大主应力、最小主应力和渗透压；建立Burgers蠕变模型，并根据所述Burgers蠕变模型和所述蠕变数据确定蠕变参数；所述蠕变参数包括：弹簧元件的剪切模量和粘壶元件的粘滞系数；根据所述受力条件，建立考虑渗流场和应力场影响的裂纹面上应力场模型；根据所述蠕变参数和所述裂纹面上应力场模型确定裂纹尖端蠕变断裂强度因子；基于最大周向应力准则和压剪断裂强度准则，根据所述裂纹尖端蠕变断裂强度因子预测蠕变裂纹起裂信息；所述蠕变裂纹起裂信息包括：起裂角、起裂强度和起裂时间；根据所述裂纹体受力情况建立翼型裂纹扩展模型，并根据所述翼型裂纹扩展模型和所述裂纹尖端蠕变断裂强度因子预测蠕变裂纹扩展信息；所述蠕变裂纹扩展信息包括：扩展长度和扩展时间；基于最大周向应力准则和压剪断裂强度准则，根据所述裂纹尖端蠕变断裂强度因子预测蠕变裂纹起裂信息，具体包括：基于最大周向应力准则确定裂纹尖端周向应力的表达式，具体公式为其中，为裂纹尖端周向应力，τ为裂纹面上的剪应力，为裂纹某点与极轴的夹角，a为初始裂纹长度一半，r为裂纹某点与极轴的距离；根据所述裂纹尖端周向应力的表达式确定起裂角，具体公式为基于压剪断裂强度准则，根据所述裂纹尖端蠕变断裂强度因子构建压剪断裂强度模型，具体公式为λ12∑KIc+∑KIc＝KIIC；其中，λ12为压剪系数，KIIC为断裂韧度；根据所述压剪断裂强度模型确定起裂强度，具体公式为其中，σcct为裂纹产生渗流-蠕变断裂时的起裂强度，gt为恒定荷载下根据Burgers蠕变模型获得的时间因子，θ为裂纹倾角，β为连通率，p为渗透压，Cn为传压系数，Cv为传剪系数，f为裂纹面的摩擦系数，σ3为施加在岩土材料上的最小主应力；将所述起裂强度等于设定轴压值时的蠕变时间确定为起裂时间，具体公式为σcct＝σ1；其中，σ1为施加在岩土材料上的最大主应力；所述裂纹尖端蠕变断裂强度因子的表达式为： 其中，KIc为张开型裂纹尖端蠕变断裂强度因子；KIIc为闭合型裂纹尖端蠕变断裂强度因子；KI为张拉型裂纹的裂纹尖端应力强度因子；KII为滑移型裂纹的裂纹尖端应力强度因子；gt＝1+C01-e-λt+C1t，第一系数第二系数指数G1为Maxwell体中弹簧元件的剪切模量；G2为Kelvin体中弹簧元件的剪切模量；η1为Kelvin体中粘壶元件的粘滞系数；η2为Maxwell体中粘壶元件的粘滞系数；所述裂纹尖端应力强度因子的表达式为： 其中，a为初始裂纹长度一半；τ′为裂纹面上的有效剪应力，且有τ′＝τ-fσn；Hτ′为τ′的阶跃函数，且有σn为裂纹面上的正应力；f为裂纹面的摩擦系数；所述裂纹面上的有效剪应力的表达式为：

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