一种表达高温作用后岩石拉伸特性的损伤关系计算方法技术

本发明专利技术公开了一种表达高温作用后岩石拉伸特性的损伤关系计算方法，其包括定义热损伤变量D

【技术实现步骤摘要】
一种表达高温作用后岩石拉伸特性的损伤关系计算方法


[0001]本专利技术涉及岩石损伤统计
，尤其涉及一种表达高温作用后岩石拉伸特性的损伤关系计算方法。

技术介绍

[0002]随着我国隧道工程建设项目的不断增多，其内部发生火灾的可能性也在逐渐增加。在隧道运营期间，交通车辆繁多，发生火灾的风险和概率极大，这会导致围岩支护系统产生不同程度的损伤，使力学性能产生劣化，大大降低承载结构的安全性。因此需要分析高温作用后岩石的力学性质以研究围岩支护结构受火性能损伤的演化机理。
[0003]同时，统计损伤本构模型可以合理描述岩石损伤演化过程的缺陷，能够较好反映出高温作用岩石损伤的力学机制。但在应用统计损伤力学研究岩石损伤本构模型中，现有的模型虽未能结合拉伸试验进行分析。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种表达高温作用后岩石拉伸特性的损伤关系计算方法，以克服现有的岩石损伤本构模型未能结合拉伸实验进行分析等技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]一种表达高温作用后岩石拉伸特性的损伤关系计算方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、定义热损伤变量D
T
，用于表征温度对岩石受力性能的影响；
[0008]步骤2、定义岩石材料微元体强度F服从Weibull分布，构建岩石材料的概率密度函数P(F)；
[0009]步骤3、根据岩石材料的概率密度函数P(F)获得用于表征应力状态下发生破坏的微元体数量N
F<br/>与总体微元体数量N的比值，定义为荷载统计损伤D
M
；
[0010]步骤4、根据热损伤变量D
T
获得岩石在拉伸荷载作用下的损伤关系σ。
[0011]进一步的，步骤1中所述热损伤变量D
T
具体公式为：
[0012][0013]其中，E
T
为温度T作用后岩样的抗拉弹性模量；E0为20℃作用后岩样的抗拉弹性模量。
[0014]进一步的，所述步骤2中构建岩石材料的概率密度函数P(F)的具体公式为：
[0015][0016]其中，F代表岩石微元体强度，m、F0分别为Weibull分布函数的形状参数和尺度参数。
[0017]进一步的，步骤3中获得荷载统计损伤D
M
具体公式为：
[0018][0019]根据Weibull的分布函数，式(3)转化为：
[0020][0021]其中，ε代表应变。
[0022]进一步的，步骤4中获得岩石在拉伸荷载作用下的损伤关系σ具体公式为：
[0023]σ＝E
T
ε(1
‑
D
M
)
ꢀꢀꢀ
(5)
[0024]将式(1)代入式(5)中，即得到：
[0025]σ＝E0(1
‑
D
T
)ε(1
‑
D
M
)＝E0ε(1
‑
D)
ꢀꢀꢀ
(6)
[0026]其中，D为高温作用后岩石受拉伸荷载的耦合损伤变量，D＝D
M
+D
T
‑
D
M
D
T
； E0代表20℃作用时的弹性模量。
[0027]进一步的，还包括根据岩石在拉伸荷载作用下的损伤关系σ获得不同温度和拉伸荷载作用后岩石的统计损伤本构模型获得不同温度和拉伸荷载作用后岩石的统计损伤本构模型的具体公式为：
[0028][0029]将式(7)代入式(6)中，得到了不同温度和拉伸荷载作用后岩石的统计损伤本构模型为：
[0030][0031]进一步的，还包括：
[0032]步骤5、根据不同温度和拉伸荷载作用后岩石的统计损伤本构模型获得应力
‑
应变曲线拟合确定模型参数F0。
[0033]进一步的，步骤5中获得应力
‑
应变曲线拟合确定模型参数F0的具体步骤为:
[0034]步骤5.1、对式(8)两边取对数，得到：
[0035][0036]步骤5.2、将式(9)等式两边再次取对数，求得：
[0037][0038]步骤5.3、对式(14)进行化简，得到：
[0039][0040]步骤5.4、令X＝lnε，则式(11)为：
[0041]Y＝m(X
‑
lnF0)＝mX
‑
B
ꢀꢀꢀ
(12)
[0042]给定B＝mlnF0，其中Y代表拟合的纵坐标，X代表横坐标，B代表截距；
[0043]步骤5.5、进行线性拟合获得应力
‑
应变曲线拟合确定模型参数F0，获得应力
‑
应变曲线拟合确定模型参数F0的具体公式为：
[0044][0045]有益效果：本专利技术建立了考虑高温和拉伸作用的方形砂岩统计损伤本构模型，明确了模型各参数的确定方法及意义。此外，模型所需参数均可从直接拉伸试验结果中计算得到，且均为常规力学参数，应用方便，能够较好反映出拉伸应力
‑
应变关系，能够体现出模型的合理性，并揭示了耦合损伤变量随应变的演化规律。
附图说明
[0046]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0047]图1为高温作用后方形砂岩直接拉伸试验的流程图；
[0048]图2为试验的力学参数变化图；
[0049]图3为试验值与理论曲线对比图；
[0050]图4为本专利技术统计损伤计算方法流程图；
[0051]图5a为本构模型中参数m＝1时F0对曲线的影响规律图；
[0052]图5b为本构模型中参数F0＝0.0017时m对曲线的影响规律图；
[0053]图6为耦合损伤变量D的演化规律图。
具体实施方式
[0054]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0055]本实施例提供了一种表达高温作用后岩石拉伸特性的损伤关系计算方法，
[0056]如图1所示，经过高温加热处理后的岩石会受到介质软化及热应力的影响，其内部会产生大量的微观裂纹。当拉伸应力条件超过岩石起裂点的时候，岩石内部裂隙开始萌生，力学参数发生明显改变。因此，采用抗拉弹性模量作为损伤变量，以此描述高温对岩石造成的损伤，如图2<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表达高温作用后岩石拉伸特性的损伤关系计算方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、定义热损伤变量D
T
，用于表征温度对岩石受力性能的影响；步骤2、定义岩石材料微元体强度F服从Weibull分布，构建岩石材料的概率密度函数P(F)；步骤3、根据岩石材料的概率密度函数P(F)获得用于表征应力状态下发生破坏的微元体数量N
F
与总体微元体数量N的比值，定义为荷载统计损伤D
M
；步骤4、根据热损伤变量D
T
获得岩石在拉伸荷载作用下的损伤关系σ。2.如权利要求1所述的一种表达高温作用后岩石拉伸特性的损伤关系计算方法，其特征在于：步骤1中所述热损伤变量D
T
具体公式为：其中，E
T
为温度T作用后岩样的抗拉弹性模量；E0为20℃作用后岩样的抗拉弹性模量。3.如权利要求2所述的一种表达高温作用后岩石拉伸特性的损伤关系计算方法，其特征在于：所述步骤2中构建岩石材料的概率密度函数P(F)的具体公式为：其中，F代表岩石微元体强度，m、F0分别为Weibull分布函数的形状参数和尺度参数。4.如权利要求3所述的一种表达高温作用后岩石拉伸特性的损伤关系计算方法，其特征在于：步骤3中获得荷载统计损伤D
M
具体公式为：根据Weibull的分布函数，式(3)转化为：其中，ε代表应变。5.如权利要求4所述的一种表达高温作用后岩石拉伸特性的损伤关系计算方法，其特征在于：步骤4中获得岩石在拉伸荷载作用下的损伤关系σ具体公式为：σ＝E
T
ε(1
‑
D
M
)
ꢀꢀꢀ
(5)将式(1)代入式(5)中，即得到：σ＝E0(1
‑
D
T
)ε(1

【专利技术属性】
技术研发人员：姜谙男，蒋浩鹏，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：