岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (7): 1894-1902.doi: 10.16285/j.rsm.2020.1461

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基于Weibull分布的高温岩石统计损伤 本构模型及其验证

蒋浩鹏,姜谙男,杨秀荣   

  1. 大连海事大学 道路与桥梁工程研究所,辽宁 大连 116026
  • 收稿日期:2020-09-29 修回日期:2021-03-24 出版日期:2021-07-12 发布日期:2021-07-16
  • 通讯作者: 姜谙男,男,1971年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩石力学及地下工程研究。E-mail: jiangannan@163.com E-mail:hoeprjiang_2017@126.com
  • 作者简介:蒋浩鹏,男,1995年生,博士研究生,主要从事岩石力学与工程等研究
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. 52078093,No. 51678101);辽宁省兴辽英才项目(No. XLYC1905015)。

Statistical damage constitutive model of high temperature rock based on Weibull distribution and its verification

JIANG Hao-peng, JIANG An-nan, YANG Xiu-rong   

  1. Institute of Road and Bridge Engineering, Dalian Maritime University, Dalian, Liaoning 116026, China
  • Received:2020-09-29 Revised:2021-03-24 Online:2021-07-12 Published:2021-07-16
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52078093, 51678101) and Liaoning Revitalization Talents Program (XLYC1905015).

摘要: 处在高温环境下的岩石力学性质可能发生劣化进而导致岩体稳定性降低,因此研究高温作用下岩石的本构行为具有重要意义。基于现有岩石统计损伤本构模型研究,引入Weibull分布函数和热损伤变量,在微元体强度服从Mohr-Coulomb(简称M-C)准则的条件下,建立了高温作用岩石统计损伤本构模型,并确定了参数表达式。验证阶段首先与文献中的理论曲线进行对比分析,验证了模型的合理性,最后采用不同温度条件下(25、80、100、150 ℃)砂岩三轴压缩试验结果对模型进行了验证。结果表明:建立的高温岩石统计损伤本构模型理论曲线与文献中的理论曲线具有相同的趋势,体现了本构模型的合理性和准确性。同时模型理论曲线与砂岩三轴试验曲线具有较高的吻合度,说明本构模型能够反映出砂岩的破裂应力?应变过程,能够体现出模型的适用性,且本模型不包含非常规力学参数,物理意义明确。研究成果可为高温热处理岩石力学的相关计算与数值模拟提供理论支撑。

关键词: Weibull分布, 高温岩石, Mohr-Coulomb准则, 热损伤, 本构模型

Abstract: The decrease of rock stability is caused by the possible deterioration of rock mechanical properties under high temperature environment. Therefore, the study of the constitutive behavior of rocks under high temperature is of great significance. Based on the recent researches of statistical rock damage constitutive model, the statistical damage constitutive model of rock after high temperature is established by adopting M-C criterion with the thermal damage variable and Weibull distribution function and the parameter expression is determined. The model is compared with the theoretical curve to verify its rationality. Finally, the model is verified by the uniaxial compression test results of sandstone under different temperature conditions (e.g., 25℃, 80℃, 100℃, 150℃). The results show that the theoretical curve of statistical damage constitutive model of the high-temperature rock established in this paper has the same trend as the theoretical curve in the literature, proving that the established constitutive model is reasonable. The theoretical curve of the model is in good agreement with the curve obtained in the experiments, implying that it can represent the stress-strain characteristics of sandstone failure under the condition of uniaxial test. This model does not contain unconventional mechanical parameters, and the physical meaning is clear. The research results can provide theoretical support for related calculations and numerical simulations of rock mechanics after high-temperature treatment.

Key words: Weibull distribution, high temperature rock, Mohr-Coulomb criterion, thermal damage, constitutive model

中图分类号: TU 451
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