【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于巖石力學分析，具體涉及一種考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型。
技術介紹
1、微裂紋在外載下的起裂、擴展是導致巖石產生漸進損傷直至破壞的根本力學機制。盡管基于連續介質力學的宏觀損傷力學已在巖石損傷模型研究中取得了顯著進展，但其主要是在熱力學框架內，通過引入關聯及非關聯的塑性流動法則，從而建立相應的宏觀唯象損傷本構方程。因而未能很好地反映微裂紋的閉合、摩擦滑移、擴展及相互作用等力學行為對巖石變形及破壞特征影響的細觀現象，因而難以揭示巖石破壞的內在力學機制。
2、而以細觀基元(如微裂隙、微孔洞等)為研究對象的細觀力學的出現、發展及應用為巖石損傷理論研究提供了有力工具并由此發展出了多種巖石細觀損傷模型。zhou等假定微裂紋服從隨機分布，并結合微裂紋在壓縮荷載下的起裂及擴展準則，提出了相應的巖石單軸壓縮損傷模型；但并未考慮壓縮荷載下由于微裂紋起裂、擴展及摩擦滑動而產生的位移對巖石總變形的貢獻。
3、總之，由目前的國內外研究現狀可知，前人已從細觀力學角度對巖石損傷本構模型展開了深入研究，但是其未能很好地考慮巖石在加載過程，微裂紋間的相互作用尤其是相互之間的抑制作用對其力學特性的影響，導致對受荷巖石中被激活的微裂紋數量的計算有誤，使得理論模型計算結果與實測結果存在一定的誤差。
技術實現思路
1、為了解決上述問題，本專利技術提出一種考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型。
2、本專利技術的考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型，所述巖石
3、σ＝e(1-d)ε?(27)
4、式中，d為巖石損傷變量，σ為應力，ε為應變，e為巖石的彈性模量。
5、所述巖石損傷變量的計算公式為
6、
7、式中，n為巖石內的微裂紋密度，l為拉伸型翼裂紋，l*＝0.27a，l**＝0.083a，4bh代表單元面積，θ為微裂紋傾角，f為摩擦系數，a表示裂紋半長。
8、所述微裂紋的尖端應力強度因子為
9、
10、式中，τ*為有效剪應力，θ為微裂紋傾角，l*＝0.27a，l**＝0.083a，a表示裂紋半長，ki表示i型應力強度因子，kii表示ii型應力強度因子。
11、所述微裂紋的擴展長度采用應變能密度準則計算，即當翼裂紋應變能密度s大于最小應變能密度sc時，微裂紋開始起裂擴展，翼裂紋應變能密度s可用下式求解：
12、
13、式中，
14、ki表示i型應力強度因子，kii表示ii型應力強度因子，θ為微裂紋傾角，e為巖石的彈性模量，v為巖石的泊松比。
15、所述最小應變能密度sc的計算公式為
16、
17、式中，kιc為巖石靜態斷裂韌度；sc也稱斷裂閾值，e為巖石的彈性模量，v為巖石的泊松比。
18、所述微裂紋在某一時刻的長度由下式計算
19、
20、式中，lt為某一時刻t下的翼裂紋長度，s為翼裂紋應變能密度，sc為斷裂閾值。
21、所述巖石損傷時被激活的微裂紋數目為
22、n＝(1-dn)n0＝(1-dn)kεm?(26)
23、式中，n為微裂紋數目，dn為在某一時步n時的巖石損傷，n0為給定應變ε下單位體積內被激活的微裂紋數目，n0＝kεm，k、m是描述材料破壞特性的參數。
24、本專利技術的有益效果是，
25、本專利技術公開了一種考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型，反映了巖石破壞是由微裂紋的滑移與擴展而引起的。根據微裂紋滑移模型及能量平衡原理，建立了巖石單軸壓縮應力應變關系，并認為微裂紋服從weibull分布模型。進而以應變能密度準則作為微裂隙擴展判據，采用迭代法求解復合型斷裂的翼裂紋擴展長度，并獲得用翼裂紋擴展長度表示的巖石損傷變量演化方程。由此提出了巖石單軸壓縮損傷模型，并驗證了其合理性。采用參數敏感性分析研究了微裂紋長度及摩擦系數和巖石斷裂韌度對巖石力學特性的影響。研究結果表明巖石宏觀力學特性是其細觀力學參數的宏觀體現，因此從細觀角度建立的巖石損傷本構模型則更能揭示其變形破壞機理，具有很好的應用前景。
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1.一種考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型，其特征在于，所述巖石單軸壓縮損傷模型為：
2.根據權利要求1所述的考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型，其特征在于，所述巖石損傷變量的計算公式為
3.根據權利要求1所述的考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型，其特征在于，所述微裂紋的尖端應力強度因子為
4.根據權利要求1所述的考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型，其特征在于，所述微裂紋的擴展長度采用應變能密度準則計算，即當翼裂紋應變能密度S大于最小應變能密度Sc時，微裂紋開始起裂擴展，翼裂紋應變能密度S可用下式求解：
5.根據權利要求4所述的考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型，其特征在于，所述最小應變能密度Sc的計算公式為
6.根據權利要求4所述的考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型，其特征在于，所述微裂紋在某一時刻的長度由下式計算
7.根據權利要求1所述的考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型，其特征在于，所述巖石損傷時被激活的微裂紋數目為
【技術特征摘要】
1.一種考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型，其特征在于，所述巖石單軸壓縮損傷模型為：
2.根據權利要求1所述的考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型，其特征在于，所述巖石損傷變量的計算公式為
3.根據權利要求1所述的考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型，其特征在于，所述微裂紋的尖端應力強度因子為
4.根據權利要求1所述的考慮微裂紋力學行為的巖石單軸壓縮損傷模型，其特征在于，所述微裂紋的擴展長度采用應變能密度準則計算，即當翼...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉穎，陳曦，趙晟彬，宋卓霏，陳權森，李耀欽，楊松雅，卓榮榮，杜磊磊，劉翠，李忠，徐飛亞，
申請(專利權)人：無錫太湖學院，
類型：發明
國別省市：
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