【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于岩石力学分析，具体涉及一种考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型。
技术介绍
1、微裂纹在外载下的起裂、扩展是导致岩石产生渐进损伤直至破坏的根本力学机制。尽管基于连续介质力学的宏观损伤力学已在岩石损伤模型研究中取得了显著进展，但其主要是在热力学框架内，通过引入关联及非关联的塑性流动法则，从而建立相应的宏观唯象损伤本构方程。因而未能很好地反映微裂纹的闭合、摩擦滑移、扩展及相互作用等力学行为对岩石变形及破坏特征影响的细观现象，因而难以揭示岩石破坏的内在力学机制。
2、而以细观基元(如微裂隙、微孔洞等)为研究对象的细观力学的出现、发展及应用为岩石损伤理论研究提供了有力工具并由此发展出了多种岩石细观损伤模型。zhou等假定微裂纹服从随机分布，并结合微裂纹在压缩荷载下的起裂及扩展准则，提出了相应的岩石单轴压缩损伤模型；但并未考虑压缩荷载下由于微裂纹起裂、扩展及摩擦滑动而产生的位移对岩石总变形的贡献。
3、总之，由目前的国内外研究现状可知，前人已从细观力学角度对岩石损伤本构模型展开了深入研究，但是其未能很好地考虑岩石在加载过程，微裂纹间的相互作用尤其是相互之间的抑制作用对其力学特性的影响，导致对受荷岩石中被激活的微裂纹数量的计算有误，使得理论模型计算结果与实测结果存在一定的误差。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出一种考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型。
2、本专利技术的考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型，所述岩石
3、σ＝e(1-d)ε (27)
4、式中，d为岩石损伤变量，σ为应力，ε为应变，e为岩石的弹性模量。
5、所述岩石损伤变量的计算公式为
6、
7、式中，n为岩石内的微裂纹密度，l为拉伸型翼裂纹，l*＝0.27a，l**＝0.083a，4bh代表单元面积，θ为微裂纹倾角，f为摩擦系数，a表示裂纹半长。
8、所述微裂纹的尖端应力强度因子为
9、
10、式中，τ*为有效剪应力，θ为微裂纹倾角，l*＝0.27a，l**＝0.083a，a表示裂纹半长，ki表示i型应力强度因子，kii表示ii型应力强度因子。
11、所述微裂纹的扩展长度采用应变能密度准则计算，即当翼裂纹应变能密度s大于最小应变能密度sc时，微裂纹开始起裂扩展，翼裂纹应变能密度s可用下式求解：
12、
13、式中，
14、ki表示i型应力强度因子，kii表示ii型应力强度因子，θ为微裂纹倾角，e为岩石的弹性模量，v为岩石的泊松比。
15、所述最小应变能密度sc的计算公式为
16、
17、式中，kιc为岩石静态断裂韧度；sc也称断裂阈值，e为岩石的弹性模量，v为岩石的泊松比。
18、所述微裂纹在某一时刻的长度由下式计算
19、
20、式中，lt为某一时刻t下的翼裂纹长度，s为翼裂纹应变能密度，sc为断裂阈值。
21、所述岩石损伤时被激活的微裂纹数目为
22、n＝(1-dn)n0＝(1-dn)kεm (26)
23、式中，n为微裂纹数目，dn为在某一时步n时的岩石损伤，n0为给定应变ε下单位体积内被激活的微裂纹数目，n0＝kεm，k、m是描述材料破坏特性的参数。
24、本专利技术的有益效果是，
25、本专利技术公开了一种考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型，反映了岩石破坏是由微裂纹的滑移与扩展而引起的。根据微裂纹滑移模型及能量平衡原理，建立了岩石单轴压缩应力应变关系，并认为微裂纹服从weibull分布模型。进而以应变能密度准则作为微裂隙扩展判据，采用迭代法求解复合型断裂的翼裂纹扩展长度，并获得用翼裂纹扩展长度表示的岩石损伤变量演化方程。由此提出了岩石单轴压缩损伤模型，并验证了其合理性。采用参数敏感性分析研究了微裂纹长度及摩擦系数和岩石断裂韧度对岩石力学特性的影响。研究结果表明岩石宏观力学特性是其细观力学参数的宏观体现，因此从细观角度建立的岩石损伤本构模型则更能揭示其变形破坏机理，具有很好的应用前景。
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1.一种考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型，其特征在于，所述岩石单轴压缩损伤模型为：
2.根据权利要求1所述的考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型，其特征在于，所述岩石损伤变量的计算公式为
3.根据权利要求1所述的考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型，其特征在于，所述微裂纹的尖端应力强度因子为
4.根据权利要求1所述的考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型，其特征在于，所述微裂纹的扩展长度采用应变能密度准则计算，即当翼裂纹应变能密度S大于最小应变能密度Sc时，微裂纹开始起裂扩展，翼裂纹应变能密度S可用下式求解：
5.根据权利要求4所述的考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型，其特征在于，所述最小应变能密度Sc的计算公式为
6.根据权利要求4所述的考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型，其特征在于，所述微裂纹在某一时刻的长度由下式计算
7.根据权利要求1所述的考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型，其特征在于，所述岩石损伤时被激活的微裂纹数目为
【技术特征摘要】
1.一种考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型，其特征在于，所述岩石单轴压缩损伤模型为：
2.根据权利要求1所述的考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型，其特征在于，所述岩石损伤变量的计算公式为
3.根据权利要求1所述的考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型，其特征在于，所述微裂纹的尖端应力强度因子为
4.根据权利要求1所述的考虑微裂纹力学行为的岩石单轴压缩损伤模型，其特征在于，所述微裂纹的扩展长度采用应变能密度准则计算，即当翼...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖，陈曦，赵晟彬，宋卓霏，陈权森，李耀钦，杨松雅，卓荣荣，杜磊磊，刘翠，李忠，徐飞亚，
申请(专利权)人：无锡太湖学院，
类型：发明
国别省市：
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