一种建立岩石理论损伤演化模型的方法

本申请涉及地下工程，特别是涉及一种建立岩石理论损伤演化模型的方法。

背景技术：

1、目前，随着地下固体矿产资源开采由浅部逐步向深部空间进军，深部岩石工程面临的高地应力、高地温、高渗透压、强烈开挖扰动等复杂地质环境导致岩石内部缺陷不可逆发展，损伤程度非线性累积，极易发生岩爆、冲击地压等灾害事故。岩石内部损伤破裂过程伴随着能量耗散，而岩爆发生可能性及剧烈程度与岩石内部能量储存、耗散、释放过程密切相关。深入研究岩石损伤发展规律对深部地下工程围岩石稳定性监测、变形控制及灾害预警具有重要意义。

2、因此，亟需一种建立岩石理论损伤演化模型的方法。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种建立岩石理论损伤演化模型的方法。所述方法包括：

2、基于冈珀茨模型和待测岩石样本中破坏单元随应变发展的第一破坏单元数量表达式，确定所述待测岩石样本中破坏单元随应变发展的第二破坏单元数量表达式；所述第一破坏单元数量表达式是基于所述待测岩石样本中破坏单元随应变发展的增长速度、所述待测岩石样本中破坏单元的增长率和所述待测岩石样本中上一个应变时刻的破坏单元数量构建的；

3、基于所述第二破坏单元数量表达式和第一损伤变量表达式，确定待测岩石样本的损伤变量随应变发展的第二损伤变量表达式；所述第一损伤变量表达式是基于所述待测岩石样本中的破坏单元数量和所述待测岩石样本中的岩石单元总数量构建的；

4、对所述待测岩石样本进行单轴压缩试验，获取所述待测岩石样本的应力-应变曲线，并根据所述待测岩石样本的应力-应变曲线，确定第三损伤变量表达式；

5、根据所述第三损伤变量表达式，确定所述待测岩石样本的每个应变对应的损伤变量，并按照所述第二损伤变量表达式进行线性拟合，确定岩石理论损伤演化模型。

6、作为一种可选地实施方式，所述待测岩石样本中破坏单元随应变发展的第一破坏单元数量表达式为：

7、dv/dε=r(v)v；

8、其中，dv/dε为待测岩石样本中的破坏单元数量随应变发展的增长速度，v为待测岩石样本中上一个应变时刻的破坏单元数量，r(v)为待测岩石样本中上一个应变时刻的破坏单元数量v的函数，表示待测岩石样本中的破坏单元的增长率。

9、作为一种可选地实施方式，所述破坏单元随应变发展的第二破坏单元数量表达式为：

10、dv/dε=-aln(v/k)v；

11、其中，dv/dε为待测岩石样本中的破坏单元随着待测岩石样本的应变发展的增长速度，a为第一模型参数，v为待测岩石样本中的破坏单元数量，k为待测岩石样本中的岩石单元总数量。

12、作为一种可选地实施方式，所述第一损伤变量表达式为：

13、d=v/k；

14、其中，d为待测岩石样本的损伤变量，v为待测岩石样本中的破坏单元数量，k为待测岩石样本中的岩石单元总数量。

15、作为一种可选地实施方式，所述第二损伤变量表达式为：

16、d=exp[-exp(b-aε)]；

17、其中，d为待测岩石样本的损伤变量，a为第一模型参数，b为第二模型参数，ε为待测岩石样本的应变。

18、作为一种可选地实施方式，所述根据所述待测岩石样本的应力-应变曲线，确定第三损伤变量表达式，包括：

19、将所述应力-应变曲线中的线弹性阶段的反向延长线与所述应力-应变曲线中应变轴的交点处的应变确定为岩石裂纹闭合应变；

20、将所述应力-应变曲线中线弹性阶段的斜率确定为基准弹性模量；

21、根据所述岩石裂纹闭合应变和所述基准弹性模量，确定所述第三损伤变量表达式。

22、作为一种可选地实施方式，所述第三损伤变量表达式为：

23、d=1-σ/[e0(ε-εcc)]；

24、其中，d为待测岩石样本的损伤变量，σ为待测岩石样本的应力，e0为基准弹性模量，εcc为岩石裂纹闭合应变，ε为待测岩石样本的应变。

25、第二方面，提供了一种计算机设备，包括存储器及处理器，所述存储器上存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任一项所述的方法步骤。

26、第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面任一项所述的方法步骤。

27、本申请提供了一种建立岩石理论损伤演化模型的方法，本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：基于冈珀茨模型和待测岩石样本中破坏单元随应变发展的第一破坏单元数量表达式，确定所述待测岩石样本中破坏单元随应变发展的第二破坏单元数量表达式；所述第一破坏单元数量表达式是基于所述待测岩石样本中破坏单元随应变发展的增长速度、所述待测岩石样本中破坏单元的增长率和所述待测岩石样本中上一个应变时刻的破坏单元数量构建的；基于所述第二破坏单元数量表达式和第一损伤变量表达式，确定待测岩石样本的损伤变量随应变发展的第二损伤变量表达式；所述第一损伤变量表达式是基于所述待测岩石样本中的破坏单元数量和所述待测岩石样本中的岩石单元总数量构建的；对所述待测岩石样本进行单轴压缩试验，获取所述待测岩石样本的应力-应变曲线，并根据所述待测岩石样本的应力-应变曲线，确定第三损伤变量表达式；根据所述第三损伤变量表达式，确定所述待测岩石样本的每个应变对应的损伤变量，并按照所述第二损伤变量表达式进行线性拟合，确定岩石理论损伤演化模型。本申请通过单轴压缩实验，获取应力-应变曲线，通过应力-应变曲线可以确定待测岩石样本的岩石损伤过程具有非对称且发展速度先快后慢的特点。因此，基于描述单一物种演化过程的冈珀茨模型，确定岩石理论损伤演化模型，可以描述和预测岩石损伤演化全过程。

28、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

技术特征：

1.一种建立岩石理论损伤演化模型的方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测岩石样本中破坏单元随应变发展的第一破坏单元数量表达式为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待测岩石样本中破坏单元随应变发展的第二破坏单元数量表达式为：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一损伤变量表达式为：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二损伤变量表达式为：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述待测岩石样本的应力-应变曲线，确定第三损伤变量表达式，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第三损伤变量表达式为：

技术总结
本申请涉及一种建立岩石理论损伤演化模型的方法，涉及地下工程技术领域。方法包括：基于冈珀茨模型和待测岩石样本中破坏单元随应变发展的第一破坏单元数量表达式，确定破坏单元随应变发展的第二破坏单元数量表达式；基于第二破坏单元数量表达式和第一损伤变量表达式，确定待测岩石样本的损伤变量随应变发展的第二损伤变量表达式；对待测岩石样本进行单轴压缩试验，获取待测岩石样本的应力‑应变曲线，并确定第三损伤变量表达式，进而根据试验结果确定待测岩石样本的每个应变对应的损伤变量，并按照第二损伤变量表达式进行线性拟合，确定第二损伤变量表达式中各参数，进而得到岩石理论损伤演化模型。采用本申请可以建立岩石理论损伤演化模型。

技术研发人员：郭允朋,刘冬桥,李杰宇,凌凯
受保护的技术使用者：中国矿业大学（北京）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13