[发明专利]一种高温-水冷却循环作用后岩石统计损伤计算方法

权利要求书

1.一种高温-水冷却循环作用后岩石统计损伤计算方法，其特征在于，所述岩石统计损伤计算方法包括以下步骤：

S1：定义岩石在高温-水冷却循环作用后的损伤变量D_(T,n)，所述高温-水冷却循环作用后的损伤变量D_(T,n)用于表征岩石因高温-水冷却循环造成的损伤；

S2：定义统计损伤变量D，所述统计损伤变量D用于表征岩石内部微元体的应力使得岩石产生破裂进而对岩石产生的影响；并且建立在岩石微元体的形状参数和尺度参数的影响下的统计损伤变量D的第一本构关系模型；

S3：建立在考虑弹性阶段的情况下，岩石的统计损伤变量D的第二本构关系模型；

S4：引入损伤修正系数，建立高温-水冷却循环作用下的岩石统计损伤本构模型，以表征在高温-水冷却的循环作用对岩石的性能的影响，进而确定岩石在高温-水冷却循环三轴压缩试验条件下的应力-应变关系。

2.根据权利要求1所述的一种高温-水冷却循环作用后岩石统计损伤计算方法，其特征在于，所述S1具体为：

定义用来表述在加热温度T和在高温-水冷却循环次数n作用后的岩石损伤变量D_(T,n)为：

式中：E_(T,n)为岩石在加热温度T和在高温-水冷却循环次数为n时对应的弹性模量；E_(20℃,n)为常温时岩石的弹性模量。

3.根据权利要求2所述的一种高温-水冷却循环作用后岩石统计损伤计算方法，其特征在于，所述S2具体为：

S21：定义在外载荷作用下，岩石的统计损伤D为发生破坏的微元体数量与总微元体数量的比值：

式中：N_F为外载荷作用下发生破坏的微元体数量；N为总体微元体数量；

S22：假设岩石微元体强度服从Weibull分布函数，则概率密度函数为：

式中：k为微元体强度；m为在某一应力作用下，受加热温度T和高温-水冷却循环次数n影响的微元体形状参数；K为在某一应力作用下，受加热温度T和高温-水冷却循环次数n影响的微元体尺度参数；

S23：表征加热温度T和高温-水冷却循环次数n对概率密度函数参数的影响公式如下：

式中：m₀为常温和高温-水冷却循环次数为1次时的微元体形状参数；K₀分别为常温和高温-水冷却循环次数为1次时岩石的微元体尺度参数；

S24：岩石内部发生破裂的微元体数量N_F为：

式中：σ是表征岩石微元体强度的名义应力；

S25：将公式(5)和公式(4)代入到公式(2)中，得到统计损伤变量D为：

4.根据权利要求3所述的一种高温-水冷却循环作用后岩石统计损伤计算方法，其特征在于，所述S3具体为：

S31：建立表示温度和高温-水冷却循环效应的强度准则；所述强度准则的建立以有效应力和岩石的内摩擦角来表示：

式中：Φ_Tn为温度T和高温-冷却水循环次数n作用下岩石的内摩擦角；σ_i*(i＝1,2,3)为表征岩石微元体强度的有效应力下3个主应力分量；

S32：将所述强度准则作为岩石微元体破坏的依据，即：

f(σ)＝k (8)

将公式(8)和公式(7)代入到公式(6)中，得到

S33：考虑弹性阶段对岩石损伤的影响，将温度T和高温-水冷却循环次数n影响下的岩石统计损伤变量D表示为：

式中：σ_ci是弹性阶段终点所对应的应力，即起裂应力。