技术特征：
1.海水老化的沉管隧道gina止水带时变本构模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选取gina止水带试件，对gina止水带试件进行设计压缩量下的不同温度的海水加速老化试验，获取不同老化温度下的应力松弛曲线；2)根据步骤1)的应力松弛曲线确定出gina止水带老化后接触应力σ和初始接触应力σ0，根据k＝σ/σ0确定出gina止水带的老化系数k；根据p＝σ-σ0确定出gina止水带所用橡胶的老化性能变化值p；3)根据时温叠加原理得到常温下的lnp随时间t变化的曲线，得到方程式p＝exp(f(t))，f(t)为老化性能变化值p与时间t的变化函数；根据gina止水带的老化系数k与gina止水带所用橡胶的老化性能变化值p之间的关联确定出p＝(1-k)σ0，即得到gina止水带的常温老化系数k
常
＝1-exp(f(t))/σ0；4)在环境温度为23℃、拉伸速度500mm/min的条件下对gina止水带进行单轴拉伸试验，确定出gina止水带的应力-应变关系曲线；5)用gina止水带的常温老化系数k
常
对步骤(4)的应力-应变关系曲线进行修正，获得全老化周期的应力-应变关系曲线；6)根据步骤5)的全老化周期的应力-应变关系曲线，结合mooney-rivlin模型构建出gina止水带应力松弛与海水老化的本构模型：σ＝2(λ
2-λ-1
)(f(t)+g(t)λ-1
)；其中，t为老化时间；λ为gina止水带的伸长比；f(t)为c
10
随时间t变化的函数；g(t)为c
01
随时间t变化的函数；c
10
和c
01
为mooney-rivlin模型的rivlin系数，其值由全老化周期的应力-应变关系曲线确定。2.根据权利要求1所述的海水老化的沉管隧道gina止水带时变本构模型构建方法，其特征在于，所述步骤(6)具体为：6.1)根据步骤4)中gina止水带的单轴拉伸试验，确定ε
i
，根据ε
i
确定出gina止水带的3个伸长比λ
i
，分别记为λ1、λ2和λ3，求出green应变张量不变量i1和i2，如下式：λ
i
＝1+ε
i
ꢀꢀꢀ
(1)i1＝λ
12
+λ
22
+λ
32
ꢀꢀꢀ
(2)i2＝λ
12
λ
22
+λ
22
λ
32
+λ
12
λ
32
ꢀꢀꢀ
(3)其中，i1为第一应变张量不变量，i2为第二应变张量不变量；λ1、λ2和λ3分别表示x轴方向的伸长比、y轴方向的伸长比和z轴方向的伸长比；ε
i
为应变，i＝1、2或3，其中，ε1为x轴方向的应变，ε2为y轴方向的应变，ε3为z轴方向的应变；6.2)根据green应变不变量i1和i2，确定出应变能密度w为：w＝c
10
(i
1-3)+c
01
(i
2-3)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，c
10
和c
01
为mooney-rivlin模型的rivlin系数，其值由全老化周期的应力-应变关系曲线确定；6.3)通过kirchhoff应力与green应变的关系：得出gina止水带老化后接触应力σ与伸长比λ之间的关系为：
将公式(4)对i1、i2求偏导数，得出则gina止水带老化后接触应力σ伸长比λ之间的关系：σ＝2(λ
2-λ-1
)(c
10
+c
01
λ-1
)
ꢀꢀꢀ
(6)6.4)采用origin软件基于全老化周期的应力-应变关系曲线，对公式(6)以非线性最小二乘法进行参数识别，获得全寿命周期t
i
下的c
10
和c
01
值，根据c
10
和c
01
随老化时间变化的曲线，得出c
10
和c
01
随时间变化的函数f(t)和g(t)，进而构建出gina止水带应力松弛与海水老化的本构模型：σ＝2(λ
2-λ-1
)(f(t)+g(t)λ-1
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)。3.根据权利要求2所述的海水老化的沉管隧道gina止水带时变本构模型构建方法，其特征在于，所述步骤(1)中，海水加速老化试验的条件为：将肖氏硬度为50hs的止水带放在底板上，用压载板和压条进行约束，参考tb/t2843-2010标准，采用额定荷载3000kn的压力机对止水带进行加载，使其压缩量达到125mm后，用中板控制压载板，并在中板放置液体气体压力传感器，用顶板压住，将顶板、中板和底板固定后整体放置于聚丙烯塑料密封仓内，填充2/3的天然海水，并分别在50～80℃范围内实时采集海水中的gina止水带的接触应力。4.根据权利要求2所述的海水老化的沉管隧道gina止水带时变本构模型构建方法，其特征在于，所述步骤(4)的单轴拉伸试验具体条件为：将步骤(1)海水老化后的gina止水带取出，进行液氮冷却，按gb/t528-2009制备成哑铃型试件，在试件上涂润滑剂，在室温23℃条件下以500mm/min的速度，用万能试验机进行拉伸试验。5.根据权利要求4所述的海水老化的沉管隧道gina止水带时变本构模型构建方法，其特征在于，所述哑铃型试件的总长为100mm，厚度2.0mm，试验段的初始试验长度为20.0mm。
技术总结
本发明海水老化的沉管隧道GINA止水带时变本构模型构建方法，属于沉管防水装备研究技术领域，其步骤包括获取不同老化温度下的应力松弛曲线；确定出GINA止水带所用橡胶的老化性能变化值P；确定出GINA止水带的应力-应变关系曲线；获得全老化周期的应力-应变关系曲线；构建出GINA止水带应力松弛与海水老化的本构模型。本发明能够实现对GINA止水带服役状态的动态监测，为GINA止水带的使用寿命评估和风险预警提供基础。警提供基础。
技术研发人员：胡指南 宗怡雯 冯玉楚 杜永刚 刘志春 孟硕朋
受保护的技术使用者：石家庄铁道大学
技术研发日：2022.04.19
技术公布日：2022/7/29