(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 202210969020.4 (22)申请日 2022.08.12 (71)申请人 安徽理工大 学 地址 232000 安徽省淮南市山 南新区泰丰 大街168号 (72)发明人 黄建雨　杨春春　金昊鹏　石伟　 胡秀月　 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种考虑黏弹塑性应变分离的岩石蠕变模 型建立方法 (57)摘要 本发明公开了一种考虑黏弹塑性应变分离 的岩石蠕变模 型建立方法， 包括采用分级加卸载 方式对岩石进行单轴加卸载 蠕变试验， 绘制出岩 石全应变—时间曲线； 通过对试验数据进行处 理， 绘制出分级加卸载蠕变—时间曲线； 根据不 同类型应变与时间的关系曲线和流变元件的本 构方程， 建立考虑黏弹塑性应变分离的岩石蠕变 模型。 本发 明提出的岩石蠕变模 型能够准确描述 岩石的分级加卸载蠕变过程， 对井下围岩的稳定 性预测具有重要意 义。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115422722 A 2022.12.02 CN 115422722 A 1.一种考虑黏弹 塑性应变分离的岩石蠕变模型建立方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 采用分级加卸载方式对岩石开展不同应力水平下的单轴加卸载蠕变试验， 并绘制 岩石全应 变—时间曲线； S2： 按Boltzmamm叠加原理进行数据处理， 提取不同应力水平下岩石蠕变的瞬时弹性应 变、 瞬时塑性应变、 黏 弹性应变和黏 塑性应变， 并绘制分级加卸载蠕变—时间曲线和蠕变速 率—时间曲线； S3： 根据提取的瞬时弹性应变、 瞬时塑性应变、 黏弹性应变及黏塑性应变， 分别绘制瞬 时弹性应变—时间曲线、 瞬时塑性应变—时间曲线、 黏弹性应变—时间曲线和黏塑性应 变—时间曲线； S4： 根据不同类型应变与时间的关系曲线和流变元件的本构方程， 建立考虑黏弹塑性 应变分离的岩石蠕变模型； S5： 根据实验数据采用最小二乘法进行参数反演， 确定蠕变模型参数值。 2.根据权利要求1所述的一种考虑黏弹塑性应变分离的岩石蠕变模型建立方法， 其特 征在于， 在步骤S2中： 根据不同应力水平下加卸 载的蠕变速率—时间曲线确定岩石蠕变过 程的三个阶段， 即减速蠕变阶段、 等速蠕变阶段和 加速蠕变阶段。 3.根据权利要求1所述的一种考虑黏弹塑性应变分离的岩石蠕变模型建立方法， 其特 征在于， 在步骤S 3中： 根据不同类型应变与时间的关系曲线并结合流变元件本构方程， 提出 岩石蠕变模型由弹性元件、 不可恢复的弹性元件、 黏 性元件、 塑性元件和NVPB体组成。 4.根据权利要求3所述的岩石蠕变模型， 其特 征在于： A1.采用弹性元件描述蠕变过程中的瞬时弹性变形， 弹性元件蠕变方程： 其中， εme表示弹性元件在一定应力水平下发生的应变； σ 表示模型所受到的应力； Ee表 示弹性元件的弹性模量； 采用不可恢 复的弹性元件描述蠕变过程中的瞬时塑性变形， 不可恢 复的弹性元件蠕变 方程： 其中， εmp表示不可恢复的弹性元件在一定应力水平下发生的应变； Ep表示不可恢复的 弹性元件的弹性模量。 A2.采用弹性元件和黏性元件并联组成的Kelvin体来描述粘弹性变形， Kelvin体 的蠕 变方程为： 其中， εve表示Kelvin体在一定应力水平下发生的应变； Eve表示Kelvin体的弹性模量； ηve表示Kelvin体中黏性元件的粘滞系数。 A3.采用塑性元件与NVPB体并联组成粘塑性体以描述粘塑性变形， 其本构方程 为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115422722 A 2其中， εvp表示粘塑性体在一定应力水平 下发生的应变； σs表示塑性元件的屈服极限； ηvp 表示粘塑性体的初始粘滞系数； n表示 流变指数； 根据Laplace变换及Laplace逆变换 可得： 5.根据权利要求1所述的一种考虑黏弹塑性应变分离的岩石蠕变模型建立方法， 其特 征在于， 在步骤S4中： B1.当施加应力水平σ ＜s时， 计算相应蠕变方程； B2.当施加应力水平σ ≥s时， 计算相应蠕变方程； B3.求解考虑黏弹 塑性应变分离的岩石蠕变模型的蠕变方程。 6.根据权利要求5所述的一种考虑黏弹塑性应变分离的岩石蠕变模型建立方法， 其特 征在于： 弹性元件、 不可恢复的弹性元件、 Kelvin体和黏塑性体依次串联。 根据蠕变模型串 联特征， 有： g＝gme+emp+ εve+evp 其中， ε表示模型在一定应力水平下发生的总应 变。 7.根据权利要求5和6所述的一种考虑黏弹塑性应变分离的岩石蠕变模型建立方法， 其 特征在于， 在步骤B1中， 蠕变方程 为： 在步骤B2中， 蠕变方程 为： 在步骤B3中， 蠕变方程 为： 由于卸载过程中瞬时塑性应变和黏塑性应变不可恢 复， 故考虑黏弹塑性应变分离的岩 石蠕变模型的卸载 方程为： 其中， εul表示卸载阶段的应 变； t0表示卸载时刻。 8.根据权利要求1所述的一种考虑黏弹塑性应变分离的岩石蠕变模型建立方法， 其特 征在于， 在步骤S5中： C1.确定反演的流变参数(Ee、 Ep、 Eve、 ηve、 ηvp、 n)； C2.建立蠕变参数反演目标， 以蠕变试验数据与理论计算数据的残差平方和作为目标 函数； C3.通过数值分析 软件判断目标函数 是否达到极小值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115422722 A 3