[发明专利]一种热-力耦合条件下层状岩石统计损伤计算方法

说明书

本发明公开了一种热‑力耦合条件下层状岩石统计损伤计算方法，首先给定岩石微元体强度服从Weibull分布函数，其次建立了岩石应力‑应变的轴向应力‑应变关系，最后根据广义胡克定律和统计损伤原理建立了考虑各向异性非线性强度破坏准则的岩石在三轴高温‑渗流耦合力试验条件下的应力‑应变关系。本发明应用于热‑力耦合作用下层状板岩的三轴压缩试验，提出的新模型较现有的模型综合性及适用性较强，对试验所得的应力应变曲线拟合程度较高。体现了层状板岩的变形破坏特征，充分反映了峰后阶段的趋势。

技术领域

本发明涉及岩石统计损伤模型计算方法技术领域，尤其涉及一种热-力耦合条件下层状岩石统计损伤计算方法。

背景技术

随着水底隧道工程建设和运营项目的不断增加，其内部发生火灾的风险和概率也在不断攀升。火灾除了对人员造成巨大伤害，也会导致围岩支护系统的力学性能结构劣化。实际上，部分水底隧道具有穿越层状岩体等特点。若在这样的环境中发生火灾，往往会对隧道围岩变形产生更强烈的影响。加之，层状岩体中具有诸如层理、节理等原生或次生结构面，其变形和强度特征具有明显的各向异性，火灾高温作用下岩体的破坏机制及方式也明显不同于其他均质岩体。因此，研究层理岩石在高温-荷载耦合条件下的力学性能具有重要意义。

同时，目前关于损伤统计本构模型的研究相对较少，无法合理描述岩石损伤演化过程的缺陷，无法较好反映出高温作用岩石损伤的力学机制。

发明内容

本发明提供一种热-力耦合条件下层状岩石统计损伤计算方法，以克服现有的层状岩石统计损伤计算方法无法合理描述岩石损伤演化过程的缺陷。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种热-力耦合条件下层状岩石统计损伤计算方法，所述岩石统计损伤计算方法包括以下步骤：

S1：定义损伤参数D_(T,β)，所述损伤参数D_(T,β)用于表征温度和层理角度对岩石受力性能的影响；

S2：定义用于表征载荷对岩石受力性能的影响的连续损伤变量D，建立在力的作用下岩石损伤的本构关系，以表征力对岩石受力性能的影响；

S3、引入修正系数，并得到温度和层理角度作用下岩石应力-应变的轴向应力-应变关系；

S4、建立热-力耦合条件下层状岩石统计损伤本构模型，以表征热-力耦合条件共同作用对岩石受力性能的影响，进而确定岩石在三轴高温-渗流耦合力试验条件下的应力-应变关系，所述应力-应变关系即岩石统计损伤关系。

进一步的，所述S1具体如下：

S11：定义用来表征在温度和层理角度E_(T,β)作用下，岩石的损伤参数D_(T,β)为：

式中：E_(T,β)为温度T、层理角度β岩样的弹性模量；E_(20℃,0°)为常温20℃、层理角度0°板岩的弹性模量；

S12：假设岩石材料微元体强度k服从Weibull分布，其概率密度函数f(k)可表示为：

式中：m代表不同温度下岩石的均匀性参数，K代表不同温度下岩石的强度特性参数，k代表岩石微元体强度；

由概率密度函数f(k)可得不同温度下岩石的强度特性参数K；

S13：表征温度和层理角度对岩石损伤参数D_(T,β)的影响公式如下：