CN114036714B - 考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法，其包括如下步骤：获取轴向应力‑轴向应变曲线及其裂隙闭合点，并以裂隙闭合点为分界点将曲线分为两段；构建裂隙闭合前的冻融岩石本构关系；将曲线各点的横坐标变换为ε1‑ε0；获取耦合之后的损伤变量；构建裂隙闭合后的冻融岩石本构关系；构建考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型。本发明通过将冻融岩石轴向应力‑轴向应变曲线以裂隙闭合点为分界点分为两段曲线，进而分别构建出裂隙闭合前的冻融岩石本构关系及裂隙闭合后的冻融岩石本构关系，从而得到考虑裂隙闭合非线性特征的冻融岩石复合损伤分段模型，有效提高冻融岩石复合损伤统计本构关系的预测准确性。
Description
技术领域
本发明涉及工程技术领域，尤其是涉及一种考虑裂隙闭合的冻融岩石复合 损伤分段模型的构建方法。
背景技术
我国西部寒区蕴藏着丰富的矿产资源，这些地区具有年均气温低，昼夜温差 大等特点。因而，在这些地区开展资源开发利用和工程建设过程中，不可避免地 会遇到各种各样的寒区岩土工程问题，其中尤其以冻融循环作用造成岩石性质 劣化引起岩体失稳居多。冻融作用不仅导致施工难度增加，而且使得结构安全受 到威胁，使用寿命减短，加大运营成本。因此，为避免寒区工程中的此类问题， 国内外学者对寒区岩石在冻融后的性质劣化规律开展了大量的试验研究。例如， Winkler等指出冻结岩石的研究始于冰的冻胀融缩作用(Testing the strength of frozen rocks on samples of various forms.Inincreasing the effectiveness of mining industry in Yakutia,InternationalJournal of Rock Mechanics&Mining Sciences& Geomechanics Abstracts)；Kostromitinov等分析了不同冻融温度区间岩石单轴抗 压强度的演化规律(Determination of some thermo-mechanical properties of Sirahama sandstoneunder subzero temperature condition,International Journal of Rock Mechanicsand Mining Sciences)；Momeni等对三种不同产地的花岗岩进行 了300次冻融循环试验，对各物理力学参数的演化规律进行对比分析，并指出 纵波波速是评价花岗岩冻融物理力学特性的最优指标(The effect of freeze-thaw cycles on physical and mechanicalproperties of granitoid hard rocks,Bulletin of Engineering Geology&theEnvironment)；何国梁等研究了大理岩和砂岩冻融循环 50次后质量及波速的变化规律(循环冻融条件下岩石物理特性的试验研究,岩 土力学)；徐光苗等通过试验指出红砂岩及页岩冻融破坏分为片落模式和裂纹模 式(岩石冻融破坏机理分析及冻融力学试验研究,岩石力学与工程学报；低温作 用下岩石基本力学性质试验研究,岩石力学与工程学报)。
在寒区工程建设越来越多之际，尽管岩石的冻融破坏越来越受到各方面的 关注，但大多集中在冻融岩石的试验研究等方面，而从理论上对冻融破坏的分 析较少，因此研究冻融条件下岩石本构关系也越来越显示出其重要性。Huang、 Eslami、张慧梅分别研究了岩石在冻融循环条件下的损伤特性，并基于细观损伤 力学理论和宏观统计学理论，推导了冻融受荷岩石的统计损伤本构模型(A statistical damage constitutive model underfreeze–thaw and loading for rock and its engineering application，Cold RegionsScience and Technology；Influence of physical and mechanical properties on thedurability of limestone subjected to freeze–thaw cycles，Construction andBuilding Materials；冻融与荷载耦合作用下 岩石损伤模型的研究，岩石力学与工程学报)。
上述的岩石冻融与荷载耦合作用下的损伤本构关系，无论是在丰富和完善 岩石损伤力学的知识体系，还是对寒区岩石工程建设的设计、维护都发挥了重 要的理论意义和实用价值。然而，在建立冻融岩石的复合损伤统计本构关系时， 岩石裂隙闭合阶段极少被考虑在内，在某些情况下可能会导致预测结果的不准 确。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提供一种考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分 段模型的构建方法，有效提高冻融岩石复合损伤统计本构关系的预测准确性。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
本发明提供了一种考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法， 其包括如下步骤：
对冻融岩石试样开展单轴压缩试验，获得轴向应力-轴向应变曲线及其裂隙 闭合点，并以裂隙闭合点为分界点将轴向应力-轴向应变曲线分为裂隙闭合前的 冻融岩石本构关系对应的轴向应力-轴向应变曲线及裂隙闭合后的冻融岩石本构 关系对应的轴向应力-轴向应变曲线；
设定冻融岩石为岩石基质和岩石空隙组成的复合地质材料，构建裂隙闭合 前的冻融岩石本构关系ε1＝εr(1-δ)+δεv，其中，εr为岩石基质部分在压缩阶段产 生的应变，εv为岩石空隙部分在压缩阶段产生的压缩应变，δ为岩石空隙在冻融 岩石材料中的占比；
根据轴向应力-轴向应变曲线的线弹性阶段的反向延长线与轴向应变所在轴 线的交点(ε0，0)，将裂隙闭合后的冻融岩石本构关系对应的轴向应力-轴向应 变曲线各点的横坐标变换为ε1-ε0；
获取岩石冻融损伤和荷载损伤耦合之后的损伤变量D＝Dc+Ds-DsDc，Ds为荷 载力作用下岩石的损伤，Dc为冻融循环作用下岩石冻融损伤；
构建裂隙闭合后的冻融岩石本构关系其中，Er 0为未冻 融循环时岩石的变形模量；
构建考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型。
在其中一个实施例中，所述步骤设定冻融岩石为岩石基质和岩石空隙组成 的复合地质材料，构建裂隙闭合前的冻融岩石本构关系之后，还包括
通过冻融岩石单轴压缩试验数据对裂隙闭合前的冻融岩石本构关系的有效 性进行验证。
在其中一个实施例中，所述通过冻融岩石单轴压缩试验数据对裂隙闭合前 的冻融岩石本构关系的有效性进行验证的方法，具体操作为：
通过计算理论曲线与试验曲线之间的相关性系数平方R2来验证裂隙闭合前 的冻融岩石本构关系的有效性，其中，n为数据点 的个数，ytest和ypre分别为试验值和理论预测值，yave为试验值的平均值。
在其中一个实施例中，所述步骤构建裂隙闭合后的冻融岩石本构关系之后， 还包括
通过冻融岩石单轴压缩试验数据对裂隙闭合后的冻融岩石本构关系的有效 性进行验证。
在其中一个实施例中，所述步骤设定冻融岩石为岩石基质和岩石空隙组成 的复合地质材料，构建裂隙闭合前的冻融岩石本构关系的方法，具体操作包括：
步骤S21、获取岩石基质部分在压缩阶段产生的应变εr＝σ1/Er；其中，σ1为冻融岩石在压缩阶段产生的轴向应力，Er为岩石变形模量；
步骤S22、获取岩石空隙部分在压缩阶段产生的压缩应变
步骤S23、将表达式εr＝σ1/Er及表达式带入至ε1＝εr(1-δ)+δεv中， 获取裂隙闭合前的冻融岩石本构关系/>
在其中一个实施例中，所述步骤S23之后，还包括
步骤S24、获取Ev及δ的值；其中，基于轴向应力-轴向应变曲线必经过裂 隙闭合点(εcc，σcc)，且裂隙闭合前的轴向应力-轴向应变曲线在该裂隙闭合点的 导数为岩石变形模量Er的倒数，得到σ1＝σcc，ε1＝εcc及进而得到计 算公式/>及并根据上述计算公式获取到Ev和δ的值。
在其中一个实施例中，所述步骤获取岩石冻融损伤和荷载损伤耦合之后的 损伤变量的方法，具体操作包括：
步骤S41、引入改进Harris分布的概率密度函数获取荷载力作用下岩石的损伤Ds的表达式/>其中，η 和ω为改进Harris分布的参数；
步骤S42、获取冻融循环作用下岩石冻融损伤其中，Er 0为未冻 融循环时岩石的变形模量，Er N为经历N次冻融循环后岩石的变形模量；
步骤S43、获取岩石冻融损伤和荷载损伤耦合之后的损伤变量
在其中一个实施例中，所述步骤构建裂隙闭合后的冻融岩石本构关系的方 法，具体操作为：
基于广义等效应变准则，构建裂隙闭合后的冻融岩石本构关系
在其中一个实施例中，所述考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型满 足
在其中一个实施例中，所述步骤构建裂隙闭合后的冻融岩石本构关系之后， 还包括
获取改进Harris分布的参数η和ω的值；其中，基于轴向应力-轴向应变曲 线必经过峰值应力点(εp，σp)，且裂隙闭合后的轴向应力-轴向应变曲线在该峰值 应力点的导数为0，得到ε1＝εp，σ1＝σp及进而得到计算公式 />及并根据上述计算公式取得参数η和ω 的值。
综上所述，本发明提供的一种考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型 的构建方法通过将冻融岩石轴向应力-轴向应变曲线以裂隙闭合点为分界点分为 两段曲线，进而分别构建出裂隙闭合前的冻融岩石本构关系及裂隙闭合后的冻 融岩石本构关系，从而得到考虑裂隙闭合非线性特征的冻融岩石复合损伤分段 模型，有效提高冻融岩石复合损伤统计本构关系的预测准确性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的不同次数冻融循环后砂岩的单轴压缩实验曲线 示意图；
图2为本发明实施例提供的40次冻融循环后砂岩的单轴压缩实验曲线示意 图；
图3为本发明实施例提供的岩石空隙等效变形模量确定方法示意图；
图4为本发明实施例提供的裂隙闭合前不同次数冻融循环后砂岩的单轴压 缩实验曲线与理论曲线的对比示意图；
图5为本发明实施例提供的第二直角坐标系构建示意图；
图6为本发明实施例提供的裂隙闭合后不同次数冻融循环后砂岩的单轴压 缩实验曲线与理论曲线的对比示意图；
图7为本发明实施例提供的第一种考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段 模型的构建方法的流程示意图；
图8为本发明实施例提供的第二种考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段 模型的构建方法的流程示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能， 下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
图7是本发明实施例提供的第一种考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段 模型的构建方法的流程示意图，如图7所示，该一种考虑裂隙闭合的冻融岩石 复合损伤分段模型的构建方法，具体包括如下步骤：
步骤S1、对冻融岩石试样开展单轴压缩试验，获得轴向应力-轴向应变曲线 及其裂隙闭合点，并以裂隙闭合点为分界点将轴向应力-轴向应变曲线分为裂隙 闭合前的冻融岩石本构关系对应的轴向应力-轴向应变曲线及裂隙闭合后的冻融 岩石本构关系对应的轴向应力-轴向应变曲线；其中，对冻融岩石试样开展单轴 压缩试验，建立第一直角坐标系，轴向应力-轴向应变曲线的裂隙闭合点为轴向 应力-轴向应变曲线中裂隙闭合阶段的终点，轴向应力-轴向应变曲线的裂隙闭合 点的获取手段为本领域技术人员常见技术，在此不做赘述。
0次、10次、20次、30次和40次冻融循环的砂岩单轴压缩轴向应力-轴向 应变曲线如图1所示，实验数据如表1所示。由于40次冻融循环砂岩单轴压缩 实验曲线裂隙闭合阶段非线性特征最明显且范围最大，选取该曲线作为示例进 行说明。曲线如图2所示，其裂隙闭合点的轴向应力值、轴向应变值分别为 7.57MPa和0.00484，曲线和数据均来自文献Mechanical property deterioration characteristics and a new constitutivemodelfor rocks subjected to freeze-thaw weathering process，International Journalof Rock Mechanics and Mining Sciences 中。
表1不同冻融循环次数的砂岩单轴压缩力学参数
岩石压缩实验中，岩石的损伤破坏过程通常伴随着微观裂纹的闭合、启裂、 扩展和交互贯通，最终形成宏观破坏，岩石压缩破坏过程存在4个关键的应力 阈值，即裂纹闭合应力σcc、起裂应力σci、损伤应力σcd和峰值应力σp，岩石内 部微裂纹的发育发展情况与岩石本身的力学特性密切相关，但总体上大致可以 划分为以下几个阶段：
(1)岩石内部裂隙闭合阶段
在岩石内部裂隙闭合阶段，岩石内部原有孔隙和微裂隙在荷载作用下不断 收缩和压实闭合，岩石轴向应力-轴向应变曲线总体上呈现“下凸上凹”状，随 后岩石的轴向应力-轴向应变曲线进入直线阶段，即线弹性阶段，岩石内部裂隙 闭合阶段和线弹性阶段分界点对应的轴向应力即为裂纹闭合应力σcc。
(2)线弹性阶段
在线弹性阶段，岩石内部的原生裂隙进一步闭合，但不发生扩展演化，也 无新裂纹发育，岩石轴向应力-轴向应变曲线表现为一条斜直线，其斜直线的斜 率即为岩石弹性模量Er，轴向应变刚度曲线表现为水平直线，起裂应力σci即为 线弹性阶段末端点对应的轴向应力，起裂应力σci和峰值应力σp的比值范围为 0.4～0.5。
(3)岩石裂纹稳定扩展阶段
在岩石裂纹稳定扩展阶段，岩石内部原生裂纹在压缩应力作用下开始发生 扩展，岩石内部新的微裂纹逐渐发育，岩石宏观性能不断降低，进入岩石塑性 变形阶段，此外，岩石轴向应力-轴向应变曲线偏离直线，轴向应变刚度不断降 低，体积应变曲线出现拐点，拐点对应的应力值为损伤应力σcd，损伤应力为裂 纹稳定扩展阶段与裂纹不稳定扩展阶段的分界点。
(4)岩石裂纹不稳定扩展阶段
在岩石裂纹不稳定扩展阶段，岩石内部微裂纹不断地扩展、演化、汇合， 最后形成裂隙网络；微破裂的发展从量的积累转为质的变化，宏观裂纹逐渐发 育形成，贯穿，最后发生能量释放，导致岩石破坏。该裂纹不稳定扩展阶段的 终点，岩石承载力达到最大值，岩石轴向应力-轴向应变曲线达到极大值点，即 为峰值应力σc。
步骤S2、设定冻融岩石为岩石基质和岩石空隙组成的复合地质材料，构建 裂隙闭合前的冻融岩石本构关系ε1＝εr(1-δ)+δεv，其中，ε1为岩石材料总的轴向 应变，εr为岩石基质部分在压缩阶段产生的应变，εv为岩石空隙部分在压缩阶段 产生的压缩应变，δ为岩石空隙在冻融岩石材料中的占比。
所述步骤S2的方法，具体操作包括：
步骤S21、获取岩石基质部分在压缩阶段产生的应变εr＝σ1/Er；其中，σ1为冻融岩石在压缩阶段产生的轴向应力，Er为岩石变形模量；本实施例，岩石 变形模量Er为轴向应力-轴向应变曲线在线弹性阶段的斜率值，岩石基质部分在 压缩阶段产生的应变εr通过胡克定律计算得到。
步骤S22、获取岩石空隙部分在压缩阶段产生的压缩应变其中， 岩石空隙部分在压缩阶段产生的压缩应变/>为通过真应变分析方法计算 得到。
步骤S23、将表达式εr＝σ1/Er及表达式带入至ε1＝εr(1-δ)+δεv中， 获取裂隙闭合前的冻融岩石本构关系/>
在一个实施例中，所述步骤S23之后，还包括
步骤S24、获取Ev及δ的值；其中，基于轴向应力-轴向应变曲线必经过裂 隙闭合点(εcc，σcc)，且裂隙闭合前的轴向应力-轴向应变曲线在该裂隙闭合点的 导数为岩石变形模量Er的倒数，得到σ1＝σcc，ε1＝εcc及进而得到计 算公式/>及并根据上述计算公式获取到Ev和δ的值。
具体地，假设Ev为x，则可变换为/>令y1＝x/Er，y2＝ exp(-σcc/x)，在同一个坐标系中绘制y1和y2的曲线，通过图像数据处理分析技 术如MATLAB程序或Origin可以得到Ev的具体值，随后再通过公式 />可计算出δ的具体值。
本实施例中，令y1＝x/4420，y2＝exp(-7.57/x)。在同一个坐标系中绘制y1和y2的曲线，如图3所示，则通过数据处理分析技术如MATLAB程序或Origin 可以得到Ev＝0.890MPa，随后通过公式可计算出δ＝3.13×10-3，则40次冻融循 环后砂岩的裂隙闭合前的冻融岩石本构关系为
步骤S3、根据轴向应力-轴向应变曲线的线弹性阶段的反向延长线与轴向应 变所在轴线的交点(ε0，0)，将裂隙闭合后的冻融岩石本构关系对应的轴向应力 -轴向应变曲线各点的横坐标变换为ε1-ε0；建立第二直角坐标系，第二直角坐标 系原点为在第一直角坐标系下轴向应力-轴向应变曲线的线弹性阶段的反向延长 线与轴向应变所在轴线的交点(ε0，0)，则在第一直角坐标系中将裂隙闭合后的 冻融岩石本构关系对应的轴向应力-轴向应变曲线各点的横坐标变换为ε1-ε0，如 图5所示，其中，ε0＝εcc–σcc/Er。
步骤S4、基于应变等价理论，获取岩石冻融损伤和荷载损伤耦合之后的损 伤变量D＝Dc+Ds-DsDc，Ds为荷载力作用下岩石的损伤，Dc为冻融循环作用下岩 石冻融损伤。
所述步骤S4的方法，具体操作包括：
步骤S41、引入岩石强度微元服从的改进Harris分布的概率密度函数获取荷载力作用下岩石的损伤Ds的表达式 />其中，设定岩石微元强度上满足最大拉应变准则， 荷载力作用下岩石的损伤Ds为改进Harris分布的概率密度函数在区间[0，ε1]上 的积分，η和ω为改进Harris分布的参数。
步骤S42、获取冻融循环作用下岩石冻融损伤其中，Er 0为未冻 融循环时岩石的变形模量，Er N为经历N次冻融循环后岩石的变形模量。
步骤S43、获取岩石冻融损伤和荷载损伤耦合之后的损伤变量
步骤S5、构建裂隙闭合后的冻融岩石本构关系其中， Er 0为未冻融循环时岩石的变形模量。
其中，所述步骤S5的方法，具体操作为：
基于广义等效应变准则，构建裂隙闭合后的冻融岩石本构关系
步骤S6、构建考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型；其中，考虑裂 隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型满足
在一个实施例中，所述步骤S5之后，还包括
步骤S5-1、获取改进Harris分布的参数η和ω的值；其中，基于轴向应力- 轴向应变曲线必经过峰值应力点(εp，σp)，且裂隙闭合后的轴向应力-轴向应变曲 线在该峰值应力点的导数为0，得到ε1＝εp，σ1＝σp及进而得到计算公 式/>及/>并根据上述计算公式取得参数η和 ω的值。
具体地，以40次冻融循环砂岩单轴压缩实验曲线为例，Er＝4.42GPa，σp＝16.41MPa，εp＝7.25×10-3，则计算得到ε0＝3.13×10-3，η＝7.2×10-8，ω＝10.06， 则裂隙闭合后的冻融岩石本构关系为
在一个实施例中，所述步骤S2之后，还包括
步骤S2-1、通过冻融岩石单轴压缩试验数据对裂隙闭合前的冻融岩石本构 关系的有效性进行验证。
所述步骤S2-1的方法，具体操作为：
通过计算理论曲线与试验曲线之间的相关性系数平方R2来验证裂隙闭合前 的冻融岩石本构关系的有效性，其中，n为数据点 的个数，ytest和ypre分别为试验值和理论预测值，yave为试验值的平均值。
重复上述步骤2和步骤S2-1，并选取表1相应参数，可得其他冻融循环次 数下砂岩的Ev及δ计算值，如表2所示。各实验曲线与理论曲线的对比如图4 所示。表2中各冻融循环次数下砂岩实验曲线与理论曲线之间的相关性系数平 方R2的值均大于0.95，证明了该裂隙闭合前的冻融岩石本构关系的有效性。
表2不同冻融次数砂岩Ev及δ计算值
在一个实施例中，所述步骤S5之后，还包括
步骤S5-2、通过冻融岩石单轴压缩试验数据对裂隙闭合后的冻融岩石本构 关系的有效性进行验证。
所述步骤S5-2的方法，具体操作为：
通过计算理论曲线与试验曲线之间的相关性系数平方R2来验证裂隙闭合后 的冻融岩石本构本构关系的有效性，其中，n为数 据点的个数，ytest和ypre分别为试验值和理论预测值，yave为试验值的平均值。
步骤S5-2中试验数据与步骤S2-1中试验数据来源一致，为同一组轴向应力 -轴向应变曲线的裂隙闭合前数据和裂隙闭合后数据。
重复上述步骤S5和步骤S5-2，并选取表1相应参数，可得其他冻融循环次 数下砂岩的η和ω计算值。各实验曲线与理论曲线的对比如图6所示，R2如表 3所示。图6中各冻融循环次数下砂岩实验曲线与理论曲线一致性较好，且表3 中R2的值均大于0.99，证明了该裂隙闭合后的冻融岩石本构关系的有效性。
表3裂隙闭合后不同冻融次数砂岩实验曲线与理论曲线之间系数平方R2值
| 循环次数 | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 |
| R2 | 0.9994 | 0.9996 | 0.9995 | 0.9992 | 0.9980 |
如图8所示，为了更加清晰本发明的技术方案，下面再阐述优选实施例。
步骤S1、对冻融岩石试样开展单轴压缩试验，获得轴向应力-轴向应变曲线 及其裂隙闭合点，并以裂隙闭合点为分界点将轴向应力-轴向应变曲线分为裂隙 闭合前的冻融岩石本构关系对应的轴向应力-轴向应变曲线及裂隙闭合后的冻融 岩石本构关系对应的轴向应力-轴向应变曲线；
步骤S2、设定冻融岩石为岩石基质和岩石空隙组成的复合地质材料，构建 裂隙闭合前的冻融岩石本构关系ε1＝εr(1-δ)+δεv；
步骤S2-1、通过冻融岩石单轴压缩试验数据对裂隙闭合前的冻融岩石本构 关系的有效性进行验证；
步骤S3、根据轴向应力-轴向应变曲线的线弹性阶段的反向延长线与轴向应 变所在轴线的交点(ε0，0)，将裂隙闭合后的冻融岩石本构关系对应的轴向应力 -轴向应变曲线各点的横坐标变换为ε1-ε0；
步骤S4、获取岩石冻融损伤和荷载损伤耦合之后的损伤变量 D＝Dc+Ds-DsDc；
步骤S5、构建裂隙闭合后的冻融岩石本构关系
步骤S5-2、通过冻融岩石单轴压缩试验数据对裂隙闭合后的冻融岩石本构 关系的有效性进行验证；
步骤S6、构建考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型。
综上所述，本发明考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型通过将冻融 岩石轴向应力-轴向应变曲线以裂隙闭合点为分界点分为两段曲线，进而分别构 建出裂隙闭合前的冻融岩石本构关系及裂隙闭合后的冻融岩石本构关系，从而 得到考虑裂隙闭合非线性特征的冻融岩石复合损伤分段模型，有效提高冻融岩 石复合损伤统计本构关系的预测准确性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进， 这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为 准。
Claims (10)
1.一种考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
对冻融岩石试样开展单轴压缩试验，获得轴向应力-轴向应变曲线及其裂隙闭合点，并以裂隙闭合点为分界点将轴向应力-轴向应变曲线分为裂隙闭合前的冻融岩石本构关系对应的轴向应力-轴向应变曲线及裂隙闭合后的冻融岩石本构关系对应的轴向应力-轴向应变曲线；
设定冻融岩石为岩石基质和岩石空隙组成的复合地质材料，构建裂隙闭合前的冻融岩石本构关系ε1＝εr(1-δ)+δεv，其中，εr为岩石基质部分在压缩阶段产生的应变，εv为岩石空隙部分在压缩阶段产生的压缩应变，δ为岩石空隙在冻融岩石材料中的占比；
根据轴向应力-轴向应变曲线的线弹性阶段的反向延长线与轴向应变所在轴线的交点(ε0，0)，将裂隙闭合后的冻融岩石本构关系对应的轴向应力-轴向应变曲线各点的横坐标变换为ε1-ε0；
获取岩石冻融损伤和荷载损伤耦合之后的损伤变量D＝Dc+Ds-DsDc，Ds为荷载力作用下岩石的损伤，Dc为冻融循环作用下岩石冻融损伤；
构建裂隙闭合后的冻融岩石本构关系其中，/>为未冻融循环时岩石的变形模量；
构建考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型。
2.根据权利要求1所述的考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法，其特征在于，所述步骤设定冻融岩石为岩石基质和岩石空隙组成的复合地质材料，构建裂隙闭合前的冻融岩石本构关系之后，还包括
通过冻融岩石单轴压缩试验数据对裂隙闭合前的冻融岩石本构关系的有效性进行验证。
3.根据权利要求2所述的考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法，其特征在于，所述通过冻融岩石单轴压缩试验数据对裂隙闭合前的冻融岩石本构关系的有效性进行验证的方法，具体操作为：
通过计算理论曲线与试验曲线之间的相关性系数平方R2来验证裂隙闭合前的冻融岩石本构关系的有效性，其中，n为数据点的个数，ytest和ypre分别为试验值和理论预测值，yave为试验值的平均值。
4.根据权利要求1所述的考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法，其特征在于：所述步骤构建裂隙闭合后的冻融岩石本构关系之后，还包括
通过冻融岩石单轴压缩试验数据对裂隙闭合后的冻融岩石本构关系的有效性进行验证。
5.根据权利要求1或2所述的考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法，其特征在于，所述步骤设定冻融岩石为岩石基质和岩石空隙组成的复合地质材料，构建裂隙闭合前的冻融岩石本构关系的方法，具体操作包括：
步骤S21、获取岩石基质部分在压缩阶段产生的应变εr＝σ1/Er；其中，σ1为冻融岩石在压缩阶段产生的轴向应力，Er为岩石变形模量；
步骤S22、获取岩石空隙部分在压缩阶段产生的压缩应变
步骤S23、将表达式εr＝σ1/Er及表达式带入至ε1＝εr(1-δ)+δεv中，获取裂隙闭合前的冻融岩石本构关系/>
6.根据权利要求5所述的考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法，其特征在于：所述步骤S23之后，还包括
步骤S24、获取Ev及δ的值；其中，基于轴向应力-轴向应变曲线必经过裂隙闭合点(εcc，σcc)，且裂隙闭合前的轴向应力-轴向应变曲线在该裂隙闭合点的导数为岩石变形模量Er的倒数，得到σ1＝σcc，ε1＝εcc及进而得到计算公式/>及/>并根据上述计算公式获取到Ev和δ的值。
7.根据权利要求1或2所述的考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法，其特征在于，所述步骤获取岩石冻融损伤和荷载损伤耦合之后的损伤变量的方法，具体操作包括：
步骤S41、引入改进Harris分布的概率密度函数获取荷载力作用下岩石的损伤Ds的表达式/>其中，η和ω为改进Harris分布的参数；
步骤S42、获取冻融循环作用下岩石冻融损伤其中，/>为未冻融循环时岩石的变形模量，/>为经历N次冻融循环后岩石的变形模量；
步骤S43、获取岩石冻融损伤和荷载损伤耦合之后的损伤变量
8.根据权利要求7所述的考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法，其特征在于，所述步骤构建裂隙闭合后的冻融岩石本构关系的方法，具体操作为：
基于广义等效应变准则，构建裂隙闭合后的冻融岩石本构关系
9.根据权利要求8所述的考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法，其特征在于，所述考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型满足
10.根据权利要求7所述的考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法，其特征在于：所述步骤构建裂隙闭合后的冻融岩石本构关系之后，还包括
获取改进Harris分布的参数η和ω的值；其中，基于轴向应力-轴向应变曲线必经过峰值应力点(εp，σp)，且裂隙闭合后的轴向应力-轴向应变曲线在该峰值应力点的导数为0，得到ε1＝εp，σ1＝σp及进而得到计算公式/>及/>并根据上述计算公式取得参数η和ω的值。
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