[发明专利]一种计算巴西劈裂实验中含微孔和微裂缝岩石拉伸损伤区域的方法

权利要求书

1.一种计算巴西劈裂实验中含微孔和微裂缝岩石拉伸损伤区域的方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

(1)通过在二维离散元颗粒单元中加入微孔和微裂缝单元构建含微缺陷岩石模型；

(2)在巴西劈裂加载模式下得出岩石次生微裂缝网络和宏裂缝的开度和走向；

(3)计算含微缺陷岩石在拉应力作用下的损伤区域，实现岩石损伤区域分析。

2.根据权利要求1所述一种计算巴西劈裂实验中含微孔和微裂缝岩石拉伸损伤区域的方法，其特征在于，所述步骤(1)中构建含微缺陷岩石模型的具体步骤如下：

在颗粒i边界的节点上设置法向弹簧刚度和切向弹簧刚度边界长度为l_i，模型加载过程中，相接触颗粒节点间的相对法向位移和相对切向位移通过公式(1-2)得出颗粒法向作用力F_iⁿ和切向作用力F_i^s：

当颗粒边界受到的拉伸应力σ_i超过拉伸强度σ_n，岩石形成Ⅰ型断裂次生微裂缝，公式(3)W_i为颗粒边界的应变能，通过公式(4)摩尔库伦准则判断颗粒之间的剪切作用力τ_i是否超过剪切强度τ_n，从而形成剪切裂缝，c为粘聚强度，剪切裂缝出现在相互接触的两个颗粒之间；

W_i＝0 σ_i＞σ_n (3)

τ_n＝σ_n×tanθ+c (4)

3.根据权利要求1所述一种计算巴西劈裂实验中含微孔和微裂缝岩石拉伸损伤区域的方法，其特征在于，所述步骤(1)中构建含微缺陷岩石模型，含微缺陷岩石模型内部设置微孔和微裂缝，其中，微孔是指在岩石模型中散布一定孔径的小孔；微裂缝指在岩石模型中设置开度、平均长度一定的原生微裂缝；

巴西劈裂加载过程中岩石垂直方向受到压缩载荷，微孔和微裂缝边界发生微缺陷接触，通过计算接触边界两端节点的位置关系，求解颗粒间的相互作用，同时模型考虑了接触时微孔和微裂缝边界出现磨损的影响，下述公式(5-7)为微缺陷接触时，求解颗粒边界产生的力F_i^d、力矩和边界的应变能W_i^d，

其中，颗粒i微缺陷的接触边界长度为颗粒边界的两节点与接触颗粒边界的垂向距离分别为h₁和h₂，与颗粒质心距离分别为s₁和s₂，微缺陷边界的摩擦系数μ_i，磨损系数W_c，弹簧减弱系数W_s。

4.根据权利要求1所述一种计算巴西劈裂实验中含微孔和微裂缝岩石拉伸损伤区域的方法，其特征在于，所述步骤(1)中微孔和微裂缝单元在加载过程发生颗粒闭合，传递颗粒之间的力和力矩，在构建微孔和微裂缝岩石中利用分布和数量实现对岩石指定位置构建微缺陷区域。

5.根据权利要求1所述一种计算巴西劈裂实验中含微孔和微裂缝岩石拉伸损伤区域的方法，其特征在于，所述步骤(2)中通过岩石次生微裂缝网络明确岩石在受拉伸应力时的损伤区域，同时依据宏裂缝的开度和走向，得到岩石在受到加载载荷时主裂缝宽度和延伸方向。

6.根据权利要求1所述一种计算巴西劈裂实验中含微孔和微裂缝岩石拉伸损伤区域的方法，其特征在于，所述步骤(3)中采用微孔模型计算含微缺陷岩石在拉应力作用下的损伤区域的具体步骤为：在微孔模型中构建孔含量，孔含量表示为孔面积与岩石全部面积的比值，孔含量p分布设置为0.007、0.028、0.062和0.11的四种岩石模型，平均孔径0.3mm，岩石模型直径25mm。