申请/专利权人：大连海事大学

申请日：2021-04-09

公开（公告）日：2024-04-16

公开（公告）号：CN113155699B

主分类号：G01N15/08

分类号：G01N15/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.16#授权;2021.08.10#实质审查的生效;2021.07.23#公开

摘要：本发明提供了一种热‑水‑力共同作用的岩石统计损伤计算方法及应用，同时提供了一种应用计算方法的试验装置，其包括：高温加热装置100℃、渗流装置、压力室、底座测试台、施压元件、顶板、应力检测元件、应变检测元件、温度检测元件、水流量检测元件以及检测数据自动采集装置。本发明的计算过程较为复杂，有较强的综合性，应用于岩石三轴压缩渗流试验，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。体现出了不同温度作用下岩石的变形破坏特征，充分反映了峰后阶段的趋势，也能够较好反映出高温岩石在三轴压缩‑渗流耦合试验条件下的应力‑应变关系。

主权项：1.一种热-水-力共同作用的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：定义热损伤参数DT，所述热损伤参数DT用于表征温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力损伤参数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：建立热-水-力共同作用下的岩石统计损伤本构模型，以表征热-水-力的共同作用对岩石受力性能的影响，进而确定出岩石在三轴高温-渗流耦合试验条件下的应力-应变关系；所述S1具体方法如下：S11：定义用来表征在温度T作用下，岩石的热损伤DT为： 式中：ET为温度T作用下的弹性模量，E0为常温下的弹性模量；S12：假设温度T作用下岩石微元体的强度服从Weibull分布函数，则 式中：x为微元体强度值，mT是温度T作用下影响岩石微元体形状的参数，KT是温度T作用下影响岩石微元体尺寸的参数；S13：表征温度对岩石损伤统计本构模型的影响的公式如下： 式中：m0为常温时影响岩石微元体形状的参数，K0为常温时影响岩石微元体尺寸的参数；所述S2具体方法如下：S21：定义用来表征在力的作用下，岩石的连续损伤变量D： 式中：NF为温度T作用下某一应力状态下发生破坏的岩石微元体数量；N为总体岩石微元体数量；fσ′ij为微元体强度，σ′ij为渗流作用下的有效应力张量；S22：针对渗流问题对有效应力原理进行修正，得到：σ′ij＝σij-b△Pδij5式中：σij为渗流作用下的应力张量，ΔP为渗透压差；δij为单位二阶张量；b为Biot系数；S23：引入损伤修正系数η，建立在力的作用下岩石损伤本构关系： 式中，为应力-渗流作用下的有效应力；σi为应力-渗流作用下的应力；由公式5和公式6推导得出应力-渗流作用下的有效应力张量为： 式中，为应力-渗流作用下的有效应力张量，δij＝1；S24：根据广义胡克定律，得出温度T作用下岩石应力-应变的轴向应力-应变关系如下： 式中，σ1、σ2、σ3分别为应力-渗流作用下的三个方向上的主应力，其中，σ1为应力-渗流作用下的轴向应力；σ2为应力-渗流作用下的剪应力；σ3为应力-渗流作用下的围压；为应力-渗流作用下的有效轴向应力，为应力-渗流作用下的有效剪应力，为应力-渗流作用下的有效围压；μT为温度T作用下的泊松比；ET为温度T作用下的弹性模量；ε1为试验测量应变值；所述S3具体方法如下：S31：将公式7的有效应力张量分别代入公式8中，得出在考虑渗透压作用下轴向的应力-应变关系：σ1＝ETε11-ηD+2μTσ3+1-2μT△P9S32：计算岩石微元体强度如下： 式中，ΦT分别为温度T作用下岩石的内摩擦角；结合式7和式9，式10转换为： 根据三轴渗流试验记录的轴向偏应力σ1t实际上为轴向应力σ1与围压σ3的差值，即：σ1t＝σ1-σ312加载偏压力σ1t之前首先加载围压σ3和孔隙水压即渗透压差ΔP，故已有的初始应变ε0为： 微元体强度fσ′ij中的ε1t为试验测量应变值ε1与初始应变ε0之和，即：ε1t＝ε1+ε014将式12和式14代入式11中，得到： 根据式9，式12～15得到三轴条件下热-水-力共同作用的岩石统计损伤本构模型：

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百度查询： 大连海事大学 一种热-水-力共同作用的岩石统计损伤计算方法及应用

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