1.一种热-水-力共同作用的岩石统计损伤计算方法,其特征在于,所述岩石统计损伤计算方法包括以下步骤:
s1:定义热损伤参数dt,所述热损伤参数dt用于表征温度对岩石受力性能的影响;
s2:定义用于表征载荷对岩石受力性能的影响的力损伤参数d,建立在力的作用下岩石损伤的本构关系,以表征力对岩石受力性能的影响;
s3:建立热-水-力共同作用下的岩石统计损伤本构模型,以表征热-水-力的共同作用对岩石受力性能的影响,进而确定出岩石在三轴高温-渗流耦合试验条件下的应力-应变关系。
2.根据权利要求1所述的一种热-水-力共同作用的岩石统计损伤计算方法,其特征在于,所述s1具体方法如下:
s11:定义用来表征在温度t作用下,岩石的热损伤dt为:
式中:et为温度t作用下的弹性模量,e0为常温下的弹性模量;
s12:假设温度t作用下岩石微元体的强度服从weibull分布函数,则
式中:x为微元体强度值,mt是温度t作用下影响岩石微元体形状的参数,kt是温度t作用下影响岩石微元体尺寸的参数;
s13:表征温度对岩石损伤统计本构模型的影响的公式如下:
式中:m0为常温时影响岩石微元体形状的参数,k0为常温时影响岩石微元体尺寸的参数。
3.根据权利要求2所述的一种热-水-力共同作用的岩石统计损伤计算方法,其特征在于,所述s2具体方法如下:
s21:定义用来表征在力的作用下,岩石的连续损伤变量d:
式中:nf为温度t作用下某一应力状态下发生破坏的岩石微元体数量;n为总体岩石微元体数量;f(σ′ij)为微元体强度,σ′ij为渗流作用下的有效应力张量;
s22:针对渗流问题对有效应力原理进行修正,得到:
σ′ij=σij-b△pδij(5)
式中:σij为渗流作用下的应力张量,δp为渗透压差;δij为单位二阶张量;b为biot系数;
s23:引入损伤修正系数η,建立在力的作用下岩石损伤本构关系:
式中,
由公式(5)和公式(6)推导得出应力-渗流作用下的有效应力张量为:
式中,σ*ij为应力-渗流作用下的有效应力张量,δij=1;
s24:根据广义胡克定律,得出温度t作用下岩石应力-应变的轴向应力-应变关系如下:
式中,σ1、σ2、σ3分别为应力-渗流作用下的三个方向上的主应力,其中,σ1为应力-渗流作用下的轴向应力;σ2为应力-渗流作用下的剪应力;σ3为应力-渗流作用下的围压;
4.根据权利要求3所述的一种热-水-力共同作用的岩石统计损伤计算方法,其特征在于,所述s3具体方法如下:
s31:将公式(7)的有效应力张量分别代入公式(8)中,得出在考虑渗透压作用下轴向的应力-应变关系:
σ1=etε1(1-ηd)+2μtσ3+(1-2μt)△p(9)
s32:计算岩石微元体强度如下:
式中,φt分别为温度t作用下岩石的内摩擦角;
结合式(7)和式(9),式(10)转换为:
根据三轴渗流试验记录的轴向偏应力σ1t实际上为轴向应力σ1与围压σ3的差值,即:
σ1t=σ1-σ3(12)
加载偏压力σ1t之前首先加载围压σ3和孔隙水压即渗透压差δp,故已有的初始应变ε0为:
微元体强度f(σ′ij)中的ε1t为试验测量应变值ε1与初始应变ε0之和,即:
ε1t=ε1+ε0(14)
将式(12)和式(14)代入式(11)中,得到:
根据式(9),式(12)~(15)可得到三轴条件下考虑热-水-力共同作用的岩石统计损伤本构模型:
5.根据权利要求4所述的一种热-水-力共同作用的岩石统计损伤计算方法,其特征在于,所述mt、kt的确定方法如下:
利用线性拟合法求取模型参数,将式(16)转化为:
等式两边同时取两次对数后并简化,能够得到:
y=mtx-b(18)
其中,
x=lnf(σ′ij)(19)
b=mtlnkt(21)
通过试验数据进行线性拟合得到mt和b值,进而可求得kt为:
6.一种应用权利要求5所述的岩石统计损伤计算方法的试验装置,其特征在于,包括:高温加热装置(1)、渗流装置(2)、压力室(3)、底座测试台(4)、施压元件(5)、顶板(6)、应力检测元件(7)、应变检测元件(8)、温度检测元件(9)、水流量检测元件(10)、数据自动采集装置(11);其中数据自动采集装置(11)包括数据处理器(111)和数据监测器(112),所述数据处理器(111)用于通过所述热-水-力共同作用下的岩石统计损伤本构模型,得出试验条件下热-水-力的共同作用对岩石受力性能的影响结果;所述数据监测器(112)用于监测试验条件下热-水-力的共同作用对岩石受力性能影响的结果;
所述高温加热装置(1)与压力室(3)相连,用于调节压力室内的温度;
所述压力室(3)设置在底座测试台(4)上,所述施压元件(5)设置在压力室(3)与顶板(6)之间;
所述渗流装置(2)包括两个透水垫片(22)、进水口(23)和出水口(24),设置在压力室(3)内部,待测岩石放置在所述渗流装置(2)内的两个透水垫片(22)之间;孔隙水(21)通过进水口(23)经由渗水垫片(22)进入渗流装置(2)中,之后经由渗水垫片(22),通过出水口(24)流出试件。
所述应力检测元件(7)、应变检测元件(8)和温度检测元件(9)均固定在待测岩石上;
所述水流量检测元件(10)设置在渗流装置(2)上方,用于检测固定时间内通过岩石内部的水流量;
所述数据自动采集装置(11)均与所述应力检测元件(7)、应变检测元件(8)、温度检测元件(9)和水流量检测元件(10)相连接,以获取所采集到的待测岩石的热、水、力相关参数。