037] 图4碎裂岩三轴应力-轴向、侧向应变关系曲线；
[0038] 图5碎裂岩初始屈服面、压缩扩容分界面及塑性屈服破坏面；
[0039] 图6碎裂岩硬化函数与广义塑性剪应变关系曲线；
[0040] 图7碎裂岩弹塑性本构模型模拟结果示意图；
[0041] 图8砂岩初始屈服面、压缩扩容分界面及塑性屈服破坏面；
[0042] 图9砂岩弹塑性本构模型模拟结果示意图。
【具体实施方式】：
[0043] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0044] 如图1所示，一种构建岩石材料弹塑性力学本构模型的方法，依次包括以下步骤：
[0045] 步骤Sl :岩石工程现场采样，制作高度与直径比为2:1的圆柱形试件；将试件安装 至岩石三轴常规力学试验仪内，并调整轴向和侧向应变至初始值；
[0046] 步骤S2 :对试件进行三轴常规岩石力学试验，试验全程测量轴向应变ε i和侧向 应变ε2随偏应力σ ^(^的变化；由此计算试件体积应变；针对圆柱形试件，体积应变ε v =ε i+2 ε 2;
[0047] 步骤S3 :绘制应力-轴向、侧向应变关系曲线，得到不同围压〇3作用下岩石的峰 值应力σ lp，做出峰值应力p-q关系曲线；针对圆柱形试件，q= 〇?ρ-σ 3。 基于ρ-q曲线的形状，确定出岩石的屈服破坏准则；
[0048] 步骤S4 :基于应力-轴向、侧向应变关系曲线，得到不同围压〇 3作用下岩石由弹 性向塑性转化的屈服起始点应力〇 ly，做出屈服起始应力p-q关系曲线；针对圆柱形试件，
q= 〇ly-〇3。根据P-q曲线的形状，确定出岩石的塑性硬化准则；
[0049] 步骤S5 :绘制应力-体积应变关系曲线，获取不同围压σ 3作用下岩石体积由压缩 向扩容转化的应力σ lv，做出分界强度p-q关系曲线；针对圆柱形试件，
〇 ly_〇 3。根据P-q曲线的形状，确定出岩石的非关联塑性流动准则；
[0050] 步骤S6 :基于热力学弹塑性理论，岩石总应变ε由弹性应变％和塑性应变ε p组成，推导出岩石本构方程；并结合室内试验数据，辨识模型参数，最后采用计算机语言予 以实现，验证和改进模型。
[0051 ] 本构方程就是得到岩石应力和应变的关系，岩石总应变由弹性应变和塑性应变组 成，弹性应变可以直接由胡克定律（Hooke's law)获得，塑性应变可以基于上述获取的准则 予以推导获得。
[0052] 实施例一：
[0053] 以某岩石工程碎裂岩为例，基于三轴常规力学试验，构建碎裂岩弹塑性力学本构 模型，进行以下操作：
[0054] (1)基于我国西部某工程碎裂岩现场钻取岩芯，根据国际岩石力学学会推荐标准， 制备成高度与直径比为2:1的圆柱状试件；本例碎裂岩试件直径为50_，高为100_，如图 3 (a)、图3 (b)和图3 (c)所示；将试件安装至岩石三轴常规力学试验仪内，如图2所示；并调 整轴向和侧向应变至初始值，初始值近似于〇 ;
[0055] (2)对试件进行三轴常规岩石力学试验，所有试验均在恒温恒湿条件下进行；首 先以加载速率〇. 375MPa/min施加围压至预定值；基于现场地应力条件，试验围压取值为 1. 0、1. 5和2. OMPa ;其次以加载速率0. 375MPa/min施加偏应力至试件破坏；试验全程测量 轴向应变E1和侧向应变ε 2随偏应力σ「〇3的变化；最后，计算试件体积应变ε v，体积 应变ε ν= ε 1+2 ε 2，ε 正值，ε 2为负值。
[0056] (3)绘制应力-轴向、侧向应变关系曲线，如图4所示；得到不同围压〇3作用下 岩石峰值应力〇 lp，做出岩石峰值应力p-q关系曲线；针对圆柱形试件，
σ 1ρ- 〇 3。根据P-q曲线塑性屈服面形状，如图5所示，确定出适合该岩石的屈服破坏准则 为线性函数：
[0058] 参数p为平均应力，q为偏应力；参数C。和A分别代表材料破坏面的初始黏聚力 和内摩擦角，α p为材料硬化函数；
[0059] (4)基于应力-轴向、侧向应变关系曲线，得到不同围压〇3作用下岩石由弹性 向塑性转化的屈服起始点应力〇ly;做出岩石屈服应力p-q关系曲线。针对圆柱形试件，
q= 〇ly-〇 3。根据p-q屈服起始面曲线，如图5所示，确定出适合该岩石 的塑性硬化准则为通过广义塑性剪应变Yp的变化呈逐渐增加的幂函数：
[0061] 参数为剪切屈服面的初始塑性阀值；参数b决定材料塑性硬化率，控制塑性强 化的动态过程；
[0062] (5)绘制应力-体积应变关系曲线，如图5所示，得到不同围压〇3作用下岩石体 积应变由压缩转化为扩容的应力〇lv;做出岩石分界强度ρ-q关系曲线。针对圆柱形试件，
q= σ1ν-σ；5。根据p-q压缩向扩容转化的曲线，确定出适合该岩石压缩和 扩容分界线为线性函数：
[0064] 参数η为岩石扩容和压缩分界面的斜率；基于分界面，得到描述该岩石的塑性流 动准则：
[0066] (6)基于热力学弹塑性理论，认为岩石的总应变ε由弹性应变％和塑性应变ε ρ 组成，得到其应力增量为：
[0068] 且基于一致性原理： CN 105181435 A 说明书 6/10 页
5:)
[0070] 基于塑性流动法则，对塑性应变予以定义：
[0073] 由此得到塑性因子d λ为：
[0075] 采用计算机语言对上述公式编程实现；当f < 0,材料处于弹性区域，不存在塑性 流动，可直接利用弹性hooke定律予以描述；否则表示岩石存在塑性剪切机理作用，变形存 在塑性流动，塑性乘积因子cU >〇,可用公式（9)予以确定，此时需采用弹塑性模型予以描 述。
[0076] 模拟参数均可通过室内三轴试验结果予以获取。其中，弹性模量E和泊松比υ可 通过图4的弹线性段予以确定；屈服参数C。和A可通过图5塑性屈服破坏面予以确定；硬 化初始阀值参数可通过图5初始屈服面予以确定；硬化参数b可通过图6广义塑性剪应 变γρ的变化获取；流动法则参数η可通过图5压缩扩容分界面予以确定；因此，得到碎裂 岩弹塑性本构模型参数如表1所示。
[0077] 表1碎裂岩弹塑性本构模型参数值
[0078] CN 105181435 A 说明书 7/10 页
[0079] 采用上述本构模拟和参数对碎裂岩弹塑性力学特性开展模拟，如图7所示；模拟 结果与试验结果呈现规律具有一致性，说明该模型能够准确的对碎裂岩三轴试验观察到的 基本力学特性予以描述。由此认为本发明提出的基于三轴常规试验构建岩石弹塑性力学模 型的方法结果准确，操作方便，且力学意义明确。
[0080] 该方法以岩石变形破坏的力学特性为依据，综合考虑了岩石材料的屈服准则、非 关联流动法则和硬化准则，构建了基于三轴试验结果的岩石材料弹塑性力学本构模型，去 除了人为的主观性，具有较高的准确性和较广泛的适用性，可用于实际工程中岩石力学特 性的研究和分析。
[0081] 实施例二：
[0082] 以某岩石工程砂岩为例，基于三轴常规力学试验，构建砂岩弹塑性力学本构模型， 进行以下操作：
[0083] (1)基于我国某砂岩工程现场取芯，基于岩石力学学会推荐标准，制备成高度与直 径比为2:1的圆柱形试件；本例砂岩试件直径为50mm，高为IOOmm ;将试件安装至岩石三轴 常规力学试验仪内；调整轴向和侧向应变至初始值，初始值近似于〇 ;
[0084] (2)对试件进行三轴常规岩石力学试验，所有试验均在恒温恒湿条件下进行；首 先以加载速率〇. 375MPa/min施加围压至预定值；基于现场地应力条件，试验围压取值为 2. 0、6. 0和10.0 MPa ;其次以加载速率0. 375MPa/min施加偏应力至试件破坏；试验全程测 量轴向应变E1和侧向应变ε 2随偏应力σ ^(^的变化；最后，计算试件体积应变ε v，体 积应变ε ν= ε 1+2 ε 2，ε 正值，ε 2为负值。
[0085] (3)绘制应力-轴