(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210956733.7 (22)申请日 2022.08.10 (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长 沙市岳麓区麓山 南 路932号 (72)发明人 蔡鑫　王培宇　周子龙　袁航　 王少锋　张金坤　赵聪聪　李嘉　 程传清　郑翱　 (74)专利代理 机构 长沙永星专利商标事务所 (普通合伙) 43001 专利代理师 周咏　米中业 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 基于加载过程中能量分异的岩石材料应力 阈值计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于加载过程中能量分 异的岩石材料应力阈值计算方法， 包括获取待检 测岩石的样 本并加工得到待测标准岩石试样； 进 行单轴压缩 试验得到对应的轴向应力值 ‑轴向应 变曲线； 计算待检测岩石的应变能密度、 弹性能 密度和塑性能密度； 计算待检测岩石的标准化弹 塑性能量差值和累加标准化弹塑性能量差值并 得到对应的标准化弹塑性能量差值 ‑轴向应变曲 线和累加标准化弹塑性能量差值 ‑轴向应变曲 线； 确定待检测岩石的损伤应力阈值； 确定累加 标准化弹塑性能量差值参考线； 计算累加能量分 配比差值得到累加能量分配比差值 ‑轴向应变曲 线； 确定待检测岩石的裂纹压密应力阈值。 本发 明仅需轴向应力值 ‑轴向应变数据， 操作简便， 客 观性好， 精确可靠 。 权利要求书3页 说明书7页 附图9页 CN 115326565 A 2022.11.11 CN 115326565 A 1.一种基于加载 过程中能量分异的岩石材 料应力阈值计算方法， 包括如下步骤： S1.获取待检测岩石的样本， 并加工得到待测标准岩石试样； S2.对步骤S1获取的待测标准岩石试样， 进行单轴压缩试验并记录试验过程中的轴向 应变和轴向应力值， 从而得到对应的轴向应力值 ‑轴向应变曲线； S3.根据步骤S2得到的轴向应力值 ‑轴向应变曲线， 计算待检测岩石 的应变能密度、 弹 性能密度和塑性能密度； S4.根据步骤S3的计算结果， 计算待检测岩石 的标准化弹塑性能量差值和累加标准化 弹塑性能量差值， 并得到对应的标准化弹塑性能量差值 ‑轴向应变曲线和累加标准化弹塑 性能量差值 ‑轴向应变曲线； S5.根据步骤S4得到的标准化弹塑性能量差值 ‑轴向应变曲线， 确定待检测 岩石的损伤 应力阈值； S6.根据步骤S4得到的累加标准化弹塑性能量差值 ‑轴向应变曲线， 确定对应的累加标 准化弹塑性能量差值 参考线； S7.根据步骤S6得到的累加标准化弹塑性能量差值参考线， 计算累加能量分配比差值， 从而得到累加能量分配比差值 ‑轴向应变曲线； S8.根据步骤S7得到的累加能量分配比差值 ‑轴向应变曲线， 确定待检测 岩石的裂纹压 密应力阈值， 完成待检测岩石的应力阈值计算。 2.根据权利要求1所述的基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法， 其 特征在于步骤S1所述的获取待检测岩石的样本， 并加工得到待测标准岩石试样， 具体包括 如下步骤： 获取待检测岩石的样本； 所述样本包括钻孔岩芯或岩块中的任一种原料； 钻取过程： 使用取芯机， 在待检测岩石中钻取直径为5 0mm， 高度大于10 0mm的岩芯样本； 切割过程： 采用切割机， 在钻取的岩 芯样本中进行切割， 得到直径为50mm， 高度 为100mm 的圆柱体粗岩石试样； 打磨过程： 使用磨石机， 对切割后的圆柱体粗岩石试样进行端面打磨处理， 使试样的上 下端面的平行度公差小于或等于0.1mm， 从而得到直径为50mm， 高度为100mm的待测标准岩 石试样。 3.根据权利要求2所述的基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法， 其 特征在于步骤S2所述的对步骤S1获取的待测标准岩石 试样， 进行单轴压缩试验并记录试验 过程中的轴向应变和轴向应力值， 从而得到对应的轴向应力值 ‑轴向应变曲线， 具体为对步 骤S1获取的待测标准岩石试样， 进行单轴压缩试验并记录试验过程中的轴向应变ε和轴向 应力值σ， 从而得到对应的轴向应力值 ‑轴向应变 ε‑σ 曲线。 4.根据权利要求3所述的基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法， 其 特征在于步骤S3所述的根据步骤S2得到的轴向应力值 ‑轴向应变曲线， 计算待检测岩石的 应变能密度、 弹性能密度和塑性能密度， 具体包括如下步骤： 待检测岩石的应变能密度U为轴向应力值 ‑轴向应变ε ‑σ 曲线下的面积； 在应力水平σi 下， 应变能密度Ui为 其中ε为轴向应变， σ 为权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115326565 A 2轴向应力值， εj为轴向应 变的第j个值， σj为轴向应力值的第j个值； 待检测岩 石的弹性能密度Ue为 其中Eu为曲线上各点的卸载模 量， E0 为试样的杨氏模量； 待检测岩石的塑性能密度Ud为Ud＝U‑Ue。 5.根据权利要求4所述的基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法， 其 特征在于步骤S4所述的根据步骤S 3的计算结果， 计算待检测岩石的标准化 弹塑性能量差值 和累加标准化弹塑性能量差值， 并得到对应的标准化弹塑性能量差值 ‑轴向应变曲线和累 加标准化弹塑性能量差值 ‑轴向应变曲线， 具体包括如下步骤： 计算待检测岩石的标准 化弹塑性能量差值CED为 其中Ue为待检测岩石 的弹性能密度， Ud为待检测岩石的塑性能密度， U为待检测岩石的应 变能密度； 得到对应的标准 化弹塑性能量差值 ‑轴向应变CED‑ε 曲线； 计算待检测岩石的累加标准 化弹塑性能量差值ACED为ACED＝∑CED； 得到对应的累加标准 化弹塑性能量差值 ‑轴向应变曲线ACED‑ε 曲线。 6.根据权利要求5所述的基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法， 其 特征在于步骤S5所述的根据步骤S4得到的标准化弹塑性能量差值 ‑轴向应变曲线， 确定待 检测岩石的损伤应力阈值， 具体包括如下步骤： 在步骤S4得到的标准化弹塑性能量差值 ‑轴向应变CED‑ε曲线上， 获取曲线最高处的轴 向应变值 所对应的轴向应力 则轴向应力 为待检测岩石 的损伤应力阈值。 7.根据权利要求6所述的基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法， 其 特征在于步骤S6所述的根据步骤S4得到的累加标准化弹塑性能量差值 ‑轴向应变曲线， 确 定对应的累加标准 化弹塑性能量差值 参考线， 具体包括如下步骤： 在步骤S4得到的累加标准化弹塑性能量差值 ‑轴向应变ACED‑ε 曲线上， 确定横 坐标为待 检测岩石的损伤应力阈值所对应的轴向应变 的点 并将直线 作为对应的累加标准 化弹塑性能量差值 参考线； O为 坐标系的原点。 8.根据权利要求7所述的基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法， 其 特征在于步骤S7所述的根据步骤S 6得到的累加标准化 弹塑性能量差值参考线， 计算累加能 量分配比差值， 从而得到累加能量分配比差值 ‑轴向应变曲线， 具体包括如下步骤： 累加能量分配比差值RED定义为相同的轴向应变值εi下， 累加标准化弹塑性能量差值参 考线上点的纵坐标值 与累加标准化弹塑性能量差值 ‑轴向应变曲线上点的纵坐标值 的差值； 然后， 得到累加能量分配比差值 ‑轴向应变RED‑ε 曲线。 9.根据权利要求8所述的基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法， 其 特征在于步骤S8所述的根据步骤S7得到的累加能量分配比差值 ‑轴向应变曲线， 确定待检权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115326565 A 3