[發明專利]一種表達高溫作用后巖石拉伸特性的損傷關系計算方法

在審

• 申請號: 202210039007.9
• 申請日: 2022-01-13
• 公開（公告）號: CN114923786A
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 姜諳男;蔣浩鵬
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: G01N3/18
• 分類號: G01N3/18
• 代理公司: 大連至誠專利代理事務所(特殊普通合伙) 21242
• 代理人: 張海燕;杜廣虎

本發明公開了一種表達高溫作用后巖石拉伸特性的損傷關系計算方法，其包括定義熱損傷變量D_T，用于表征溫度對巖石受力性能的影響；定義巖石材料微元體強度F服從Weibull分布，構建巖石材料的概率密度函數P(F)；根據巖石材料的概率密度函數P(F)獲得用于表征應力狀態下發生破壞的微元體數量N_F與總體微元體數量N的比值，定義為荷載統計損傷D_M；根據熱損傷變量D_T獲得巖石在拉伸荷載作用下的損傷關系σ。本發明能夠反映出拉伸應力?應變關系，能夠體現出模型的合理性，并揭示了耦合損傷變量隨應變的演化規律。

技術領域

本發明涉及巖石損傷統計技術領域，尤其涉及一種表達高溫作用后巖石拉伸特性的損傷關系計算方法。

背景技術

隨著我國隧道工程建設項目的不斷增多，其內部發生火災的可能性也在逐漸增加。在隧道運營期間，交通車輛繁多，發生火災的風險和概率極大，這會導致圍巖支護系統產生不同程度的損傷，使力學性能產生劣化，大大降低承載結構的安全性。因此需要分析高溫作用后巖石的力學性質以研究圍巖支護結構受火性能損傷的演化機理。

同時，統計損傷本構模型可以合理描述巖石損傷演化過程的缺陷，能夠較好反映出高溫作用巖石損傷的力學機制。但在應用統計損傷力學研究巖石損傷本構模型中，現有的模型雖未能結合拉伸試驗進行分析。

發明內容

本發明提供一種表達高溫作用后巖石拉伸特性的損傷關系計算方法，以克服現有的巖石損傷本構模型未能結合拉伸實驗進行分析等技術問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種表達高溫作用后巖石拉伸特性的損傷關系計算方法，包括以下步驟：

步驟1、定義熱損傷變量D_T，用于表征溫度對巖石受力性能的影響；

步驟2、定義巖石材料微元體強度F服從Weibull分布，構建巖石材料的概率密度函數P(F)；

步驟3、根據巖石材料的概率密度函數P(F)獲得用于表征應力狀態下發生破壞的微元體數量N_F與總體微元體數量N的比值，定義為荷載統計損傷D_M；

步驟4、根據熱損傷變量D_T獲得巖石在拉伸荷載作用下的損傷關系σ。

進一步的，步驟1中所述熱損傷變量D_T具體公式為：

其中，E_T為溫度T作用后巖樣的抗拉彈性模量；E₀為20℃作用后巖樣的抗拉彈性模量。

進一步的，所述步驟2中構建巖石材料的概率密度函數P(F)的具體公式為：

其中，F代表巖石微元體強度，m、F₀分別為Weibull分布函數的形狀參數和尺度參數。

進一步的，步驟3中獲得荷載統計損傷D_M具體公式為：

根據Weibull的分布函數，式(3)轉化為：

其中，ε代表應變。

進一步的，步驟4中獲得巖石在拉伸荷載作用下的損傷關系σ具體公式為：

σ＝E_Tε(1-D_M) (5)

將式(1)代入式(5)中，即得到：