(19)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 202210718270.0 (22)申请日 2022.06.23 (71)申请人 青岛理工大 学 地址 266520 山东省青岛市黄岛区嘉陵江 东路777号 (72)发明人 白晓宇　银吉超　麻栋栋　闫楠　 张亚妹　许绍帅　许永亮　张广亮　 吕承禄　王甲山　徐泽强　刁浩杰　 (74)专利代理 机构 济南圣达知识产权代理有限 公司 372 21 专利代理师 武博 (51)Int.Cl. G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于泥岩损伤本构模型的桩端阻力预测方 法及系统 (57)摘要 本发明提供基于泥岩损伤本构模型的桩端 阻力预测方法及系统， 涉及岩土工程技术领域， 针对目前泥岩地基动力打入桩承载性能及桩周 泥岩损伤特性定量分析计算困难的问题， 建立基 于应力状态确定的损伤变量D关联于岩石破坏准 则的泥岩统计损伤本构模型， 根据三轴试验结果 确定模型参数， 建立临界损伤变量与围压之间的 关系， 分析动力打入桩桩周泥岩的损伤特性， 从 而计算桩端阻力， 满足对桩端损伤特性定量分析 的需求。 权利要求书1页 说明书11页 附图9页 CN 115238336 A 2022.10.25 CN 115238336 A 1.基于泥岩损伤本构模型的桩端阻力预测方法， 其特 征在于， 包括： 依据三轴压缩试验获取泥岩力学参数， 定义损伤变量； 依据应变等价性原理， 建立应力、 应变与损伤变量的关系， 并结合泥岩力学参数建立损 伤演化方程， 拟合损伤变量、 偏应力、 围压的关系方程； 建立泥岩损伤 的本构模型， 结合三轴试验结果计算本构模型参数， 得到围压与应力峰 值的对应关系； 获取桩端 泥岩受力数据， 将其 等效为围压并带入所述对应关系， 得到桩端阻力。 2.如权利要求1所述的基于泥岩损伤本构模型的桩端阻力预测方法， 其特征在于， 计算 弹性模量和抗剪强度指标， 获取泥岩力学参数。 3.如权利要求1所述的基于泥岩损伤本构模型的桩端阻力预测方法， 其特征在于， 将材 料离散为多个基元体， 损伤变量为材料受损后损伤截面积相对于泥岩初始截面积的比值， 假定基元体强度服从韦氏分布。 4.如权利要求3所述的基于泥岩损伤本构模型的桩端阻力预测方法， 其特征在于， 根据 常规三轴试验数据计算损伤变量， 拟合损伤变量、 偏应力和围压的关系方程。 5.如权利要求1所述的基于泥岩损伤本构模型的桩端阻力预测方法， 其特征在于， 依据 应变等价性原则， 得到基于韦氏分布的泥岩损伤应力 ‑应变关系， 作为本构模型， 并优化泥 岩损伤的本构模型。 6.如权利要求1所述的基于泥岩损伤本构模型的桩端阻力预测方法， 其特征在于， 所述 本构模型参数的确定包括以下步骤： 泥岩在围压下应力 ‑应变曲线达 到极限强度后， 记录峰值 点对应的应力、 应 变和围压； 根据三轴试验结果计算峰值 点对应的泥岩基元强度， 计算本构模型参数。 7.如权利要求6所述的基于泥岩损伤本构模型的桩端阻力预测方法， 其特征在于， 将 获 取的本构模型参数代入本构模型， 按照三轴 试验的加荷等级计算损伤变量和应变， 比对三 轴试验结果进行验证。 8.如权利要求6所述的基于泥岩损伤本构模型的桩端阻力预测方法， 其特征在于， 通过 三轴试验和损伤分析计算， 拟合围压与峰值点的函数关系， 得到 围压与应力峰值的对应关 系。 9.如权利要求1所述的基于泥岩损伤本构模型的桩端阻力预测方法， 其特征在于， 获取 桩体参数与岩土体重度， 将桩端处泥岩水平向土压力等效为围压， 代入所述对对应 关系， 得 到相对应的竖向破坏力， 等效为 集中荷载作为桩端阻力。 10.基于泥岩损伤本构模型的桩端阻力预测系统， 其特 征在于， 包括： 参数获取模块， 被 配置为： 依据三轴压缩试验获取泥岩力学参数， 定义损伤变量； 拟合模块， 被配置为： 依据应变等价性原理， 建立应力、 应变与损伤变量的关系， 并结合 泥岩力学参数建立损伤演化方程， 拟合损伤变量、 偏应力、 围压的关系方程； 建模模块， 被配置为： 建立泥岩损伤的本构模型， 结合三轴试验结果计算本构模型参 数， 得到围压与应力峰值的对应关系； 数据输出模块， 被配置为： 获取桩端泥岩受力数据， 将其等效为围压并带入所述对应关 系， 得到桩端阻力。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115238336 A 2基于泥岩损伤本构模型的桩端阻力预测方 法及系统 技术领域 [0001]本发明涉及岩土工程技术领域， 具体涉及基于泥岩损伤本构模型的桩端阻力预测 方法及系统。 背景技术 [0002]岩石是一种非均质的各向异性地质材料， 内含裂隙、 孔穴等敏感缺陷， 本构关系复 杂， 其本构模型及其工程应用一直是岩土工程领域的研究重点。 软岩具有 结构性， 尤其是泥 岩， 是常见的岩土工程材料， 受力过程即内部缺陷拓展的过程， 因此自身存在着初始损伤。 同时， 这种内部缺陷的逐步拓展并导致泥岩力学性能劣化的过程是不可逆的， 此力学行为 也不属于严格的弹塑性变形范围。 所以基于弹塑性理论的描述不能完全反映泥岩的变形特 性。 损伤力学是研究材料在荷载作用下损伤演化和破坏过程的理论， 所以引入损伤理论来 研究泥岩的损伤演变及力学 特性具有重要的理论与实际意 义。 [0003]目前， 关于泥岩损伤模型方面的研究中， 泥岩损伤模型的建立及参数计算基于的 三轴试验泥岩主要取自矿业工程、 隧道工程等高应力深部泥岩， 缺 乏针对动力 打入桩桩周 泥岩的相关研究。 因泥岩呈现的易扰动、 遇水软化等特殊的工程性质， 所以泥岩地基中桩基 础承载力异常的现象屡屡出现。 动力沉桩过程中， 桩周土体会产生土体响应。 对泥岩地基而 言， 预制桩动力打入过程伴随着二次损伤的产生， 初始损伤耦合动力打桩损伤， 对泥岩地基 的承载特性产生影响， 时常出现工程桩验收合格后仍存在单桩竖向抗压承载力不满足设计 要求的异常现象， 主要 特征表现为桩端力较小， 但桩端沉降位移显著。 针对此问题现有技术 CN202110681095.8公开的一种含初始损伤胶结充填体的损伤模 型建立方法存在局限性， 桩 周泥岩经历过动力打桩损 伤后， 初始损 伤阀值已难以确定。 CN202010825183.6虽然公开了 一种螺纹桩单桩承载力的估算方法， 但在计算桩端阻力时， 不仅需要获取土体参数与桩径、 螺距、 螺高、 螺宽等桩体参数， 还需要现场施工参数及静载试验数据， 计算复杂且局限于螺 纹桩桩型。 因此， 难以满足泥岩地基动力 打入桩承载性能及桩周泥岩损伤特性定量分析 的 需求。 发明内容 [0004]本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷， 提供基于泥岩损伤本构模型的桩端阻 力预测方法及系统， 建立基于应力状态确定的损伤变量D关联于岩石破坏准则的泥岩统计 损伤本构模型， 根据三轴试验结果确定模型参数， 建立临界损伤变量与围压之间的关系， 分 析动力打入桩桩周泥岩的损伤特性， 从而计算桩端阻力， 满足对桩端损伤特性定量分析 的 需求。 [0005]本发明的第一目的是提供一种基于泥岩损伤本构模型的桩端阻力预测方法， 采用 以下方案： [0006]依据三轴压缩试验获取泥岩力学参数， 定义损伤变量； [0007]依据应变等价性原理， 建立应力、 应变与损伤变量的关系， 并结合泥岩力学参数建说　明　书 1/11 页 3 CN 115238336 A 3