CN115795916A - 一种岩石脆性评价方法及装置 - Google Patents

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CN115795916A CN202310024304.0A CN202310024304A CN115795916A CN 115795916 A CN115795916 A CN 115795916A CN 202310024304 A CN202310024304 A CN 202310024304A CN 115795916 A CN115795916 A CN 115795916A
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Abstract

本发明公开了一种岩石脆性评价方法及装置，涉及岩石脆性评价技术领域。包括：获取待评价岩石的数据；其中，数据包括弹性模量、峰值应变、近线弹性阶段积累的弹性能、近线弹性阶段外力对岩石做的功、峰前外力对岩石做的功、峰前积累的弹性能、峰后残余弹性能以及峰后外力对岩石做的功；将数据输入到构建好的岩石脆性指标模型；根据数据以及岩石脆性指标模型，得到岩石的脆性评价结果。本发明考虑温度影响的分阶段能量演化和力学特性，损伤应力前为近线弹性阶段，损伤应力至峰值应力阶段为损伤阶段，峰值应力至残余应力阶段为峰后不稳定破裂阶段，建立岩石脆性评价指标模型。

Description

一种岩石脆性评价方法及装置
技术领域
本发明涉及岩石脆性评价技术领域，特别是指一种岩石脆性评价方法及装置。
背景技术
随着全球范围内浅部资源日益短缺，世界各国工程建设和资源开发正不断向深部延伸。地热资源的开发利用、高放射性废弃物处置等涉及地温影响的工程问题日趋突出并且亟待解决。在此背景下，温度对岩石物理性质的影响成为了岩石力学与工程领域的热点问题。
脆性是控制岩石的断裂性、可切割性、可钻性和岩爆倾向性等典型工程力学性质的重要物理力学参数。因此，正确评价岩石的脆性具有广泛且重要的工程实用价值。
目前，国内外学者们提出了超过70种不同的脆性指标，根据所涉及的主要参数或测量方法，这些指标大致可分为13组，其中较为常用的主要包括以下几种：①强度参数评价方法，主要依据岩石的单轴抗压和抗拉强度进行岩石脆性评价；②应力-应变曲线评价方法，主要依据岩石受载变形破坏过程中的应力和应变演化特征进行岩石脆性评价；③弹性参数评价方法，主要依据岩石室内试验得到的弹性模量和泊松比等弹性力学参数进行岩石脆性评价；④矿物组成评价方法，主要依据岩石中矿物成分组成进行岩石脆性评价。但长期实践表明，上述各组脆性指标在应用中均存在一定不足，例如矿物组成评价方法不能合理反映岩石在不同外部荷载条件下岩石脆性响应的显著差异性，且上述脆性指标均未能充分考虑工程环境温度对岩石脆性的影响，因此，为准确合理的评价不同工程环境中岩石的脆性，需要建立一种新的充分考虑温度对岩石物理性质影响的脆性评价方法。
发明内容
本发明针对为准确合理的评价不同工程环境中岩石的脆性，需要建立一种新的充分考虑温度对岩石物理性质影响的脆性评价方法的问题，提出了本发明。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一方面，本发明提供了一种岩石脆性评价方法，该方法由电子设备实现，该方法包括：
S1、获取待评价岩石的数据；其中，数据包括弹性模量、峰值应变、近线弹性阶段积累的弹性能、近线弹性阶段外力对岩石做的功、峰前外力对岩石做的功、峰前积累的弹性能、峰后残余弹性能以及峰后外力对岩石做的功。
S2、将数据输入到构建好的岩石脆性指标模型。
S3、根据数据以及岩石脆性指标模型，得到岩石的脆性评价结果。
可选地，S2中的岩石脆性指标模型的构建过程包括：
S21、基于不同围压和温度条件下，对岩石试件进行常规三轴压缩试验，得到岩石试件的全过程应力-应变曲线。
S22、根据全过程应力-应变曲线，确定岩石试件的损伤应力、峰值应力和残余应力，并将能量演化过程划分为近线弹性阶段、峰前弹性能积累阶段和峰后不稳定破裂阶段。
S23、根据划分后的近线弹性阶段、峰前弹性能积累阶段和峰后不稳定破裂阶段，确定温度修正系数、近线弹性阶段弹性储能系数、峰前弹性储能比以及峰后弹性能跌落系数。
S24、根据温度修正系数、近线弹性阶段弹性储能系数、峰前弹性储能比以及峰后弹性能跌落系数，构建岩石脆性指标模型。
可选地，岩石脆性指标模型，如下式（1）所示：
Figure SMS_1
其中，
Figure SMS_2
为岩石脆性指标；
Figure SMS_3
为温度修正系数；
Figure SMS_4
为近线弹性阶段弹性储能系数；
Figure SMS_5
为峰前弹性储能比；
Figure SMS_6
为峰后弹性能跌落系数。
可选地，温度修正系数的计算方法，如下式（2）所示：
Figure SMS_7
其中，
Figure SMS_8
为不同温度下岩石弹性模量，
Figure SMS_9
为室温下岩石弹性模量，单位为GPa；
Figure SMS_10
为不同温度下岩石峰值应变，
Figure SMS_11
为室温下岩石峰值应变，无量纲；
Figure SMS_12
取室温25℃，
Figure SMS_13
为岩石温度修正的待定系数。
可选地，近线弹性阶段弹性储能系数的计算方法，如下式（3）所示：
Figure SMS_14
其中，
Figure SMS_15
为近线弹性阶段积累的弹性能，单位为J；
Figure SMS_16
为近线弹性阶段外力对岩石做的功，单位为J。
可选地，峰前弹性储能比的计算方法，如下式（4）所示：
Figure SMS_17
其中，
Figure SMS_18
为近线弹性阶段外力对岩石做的功，单位为J；
Figure SMS_19
为峰前外力对岩石做的功，单位为J。
可选地，峰后弹性能跌落系数的计算方法，如下式（5）所示：
Figure SMS_20
其中，
Figure SMS_21
为峰前积累的弹性能，单位为J；
Figure SMS_22
为峰后残余弹性能，单位为J；
Figure SMS_23
为峰后外力对岩石做的功，单位为J。
另一方面，本发明提供了一种岩石脆性评价装置，该装置应用于实现岩石脆性评价方法，该装置包括：
获取模块，用于获取待评价岩石的数据；其中，数据包括弹性模量、峰值应变、近线弹性阶段积累的弹性能、近线弹性阶段外力对岩石做的功、峰前外力对岩石做的功、峰前积累的弹性能、峰后残余弹性能以及峰后外力对岩石做的功。
输入模块，用于将数据输入到构建好的岩石脆性指标模型。
输出模块，用于根据数据以及岩石脆性指标模型，得到岩石的脆性评价结果。
可选地，输入模块，进一步用于：
S21、基于不同围压和温度条件下，对岩石试件进行常规三轴压缩试验，得到岩石试件的全过程应力-应变曲线。
S22、根据全过程应力-应变曲线，确定岩石试件的损伤应力、峰值应力和残余应力，并将能量演化过程划分为近线弹性阶段、峰前弹性能积累阶段和峰后不稳定破裂阶段。
S23、根据划分后的近线弹性阶段、峰前弹性能积累阶段和峰后不稳定破裂阶段，确定温度修正系数、近线弹性阶段弹性储能系数、峰前弹性储能比以及峰后弹性能跌落系数。
S24、根据温度修正系数、近线弹性阶段弹性储能系数、峰前弹性储能比以及峰后弹性能跌落系数，构建岩石脆性指标模型。
可选地，岩石脆性指标模型，如下式（1）所示：
Figure SMS_24
其中，
Figure SMS_25
为岩石脆性指标；
Figure SMS_26
为温度修正系数；
Figure SMS_27
为近线弹性阶段弹性储能系数；
Figure SMS_28
为峰前弹性储能比；
Figure SMS_29
为峰后弹性能跌落系数。
可选地，温度修正系数的计算方法，如下式（2）所示：
Figure SMS_30
其中，
Figure SMS_31
为不同温度下岩石弹性模量，
Figure SMS_32
为室温下岩石弹性模量，单位为GPa；
Figure SMS_33
为不同温度下岩石峰值应变，
Figure SMS_34
为室温下岩石峰值应变，无量纲；
Figure SMS_35
取室温25℃，
Figure SMS_36
为岩石温度修正的待定系数。
可选地，近线弹性阶段弹性储能系数的计算方法，如下式（3）所示：
Figure SMS_37
其中，
Figure SMS_38
为近线弹性阶段积累的弹性能，单位为J；
Figure SMS_39
为近线弹性阶段外力对岩石做的功，单位为J。
可选地，峰前弹性储能比的计算方法，如下式（4）所示：
Figure SMS_40
其中，
Figure SMS_41
为近线弹性阶段外力对岩石做的功，单位为J；
Figure SMS_42
为峰前外力对岩石做的功，单位为J。
可选地，峰后弹性能跌落系数的计算方法，如下式（5）所示：
Figure SMS_43
其中，
Figure SMS_44
为峰前积累的弹性能，单位为J；
Figure SMS_45
为峰后残余弹性能，单位为J；
Figure SMS_46
为峰后外力对岩石做的功，单位为J。
一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述岩石脆性评价方法。
一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述岩石脆性评价方法。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
上述方案中，考虑深部地热影响，在建立的脆性指标模型中特别考虑了温度对岩石能量特征和力学特性的影响，在大量关于温度对岩石脆性物理响应影响的试验研究和统计分析基础上，确定了对于弹性模量、峰值应变的温度修正系数，并结合岩石受压各阶段能量储存与耗散规律，确定各阶段脆性指数，使得脆性指标更为严谨科学。
本发明综合考虑了温度对岩石能量特征和力学特性影响，开展各温度下的岩石三轴压缩试验，测定室温下的岩石弹性模量以及峰值应变，以室温下的基本参数为标准，通过拟合获得不同温度下岩石脆性指标温度修正系数，简化参数确定流程，减少计算量。
本发明基于岩石能量特征和岩石应力应变曲线，并引入温度对试验结果的影响指标，建立更加真实的脆性指标模型，充分考虑应力应变曲线的不同阶段能量的变化，同时联系峰前峰后能量关系，对不同阶段岩石脆性的变化描述更加细致、准确。
本发明基于全应力应变曲线进行能量分析，原理简明易懂、操作方便，易于计算各阶段能量值，可适用于多种岩石、多种加载方式。同时根据岩石受压各阶段脆性指数能清晰反映岩石能量储存状态，更清晰表明各阶段能量状态对岩石脆性的影响大小，方便对各阶段能量进行细致分析。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的岩石脆性评价方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的岩石损伤应力、损伤应变、峰值应力、峰值应变、残余应力、残余应变确定过程图；
图3是本发明实施例提供的岩石峰前峰后应力-应变曲线能量演化图；
图4是本发明实施例提供的峰前近线弹性阶段能量演化图；
图5是本发明实施例提供的花岗岩脆性指数随围压变化曲线图；
图6是本发明实施例提供的花岗岩脆性指数随温度变化曲线图；
图7是本发明实施例提供的泥页岩脆性指数随围压变化曲线图；
图8是本发明实施例提供的泥页岩脆性指数随温度变化曲线图；
图9是本发明实施例提供的岩石脆性评价装置框图；
图10是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种岩石脆性评价方法，该方法可以由电子设备实现。如图1所示的岩石脆性评价方法流程图，该方法的处理流程可以包括如下的步骤：
S1、获取待评价岩石的数据。
其中，数据包括但不限于弹性模量、峰值应变、近线弹性阶段积累的弹性能、近线弹性阶段外力对岩石做的功、峰前外力对岩石做的功、峰前积累的弹性能、峰后残余弹性能以及峰后外力对岩石做的功。
S2、将数据输入到构建好的岩石脆性指标模型。
可选地，S2中的岩石脆性指标模型的构建过程包括：
S21、基于不同围压和温度条件下，对岩石试件进行常规三轴压缩试验，得到岩石试件的全过程应力-应变曲线。
一种可行的实施方式中，可以是围压分别设定为0MPa、10MPa、20MPa、30MPa，并且温度可以在200、300、400、500℃条件下进行常规三轴压缩试验。
S22、根据全过程应力-应变曲线，确定岩石试件的损伤应力、峰值应力和残余应力，并将能量演化过程划分为近线弹性阶段、峰前弹性能积累阶段和峰后不稳定破裂阶段。
S23、根据划分后的近线弹性阶段、峰前弹性能积累阶段和峰后不稳定破裂阶段，确定温度修正系数、近线弹性阶段弹性储能系数、峰前弹性储能比以及峰后弹性能跌落系数。
S24、根据温度修正系数、近线弹性阶段弹性储能系数、峰前弹性储能比以及峰后弹性能跌落系数，构建岩石脆性指标模型。
可选地，岩石脆性指标模型，如下式（1）所示：
Figure SMS_47
其中，
Figure SMS_48
为岩石脆性指标；
Figure SMS_49
为温度修正系数；
Figure SMS_50
为近线弹性阶段弹性储能系数；
Figure SMS_51
为峰前弹性储能比；
Figure SMS_52
为峰后弹性能跌落系数。
可选地，由于岩石所处环境温度的变化会引起弹性模量和峰值应变等典型力学参数的改变，故温度修正系数的计算方法，如下式（2）所示：
Figure SMS_53
其中，
Figure SMS_54
为不同温度下岩石弹性模量，
Figure SMS_55
为室温下岩石弹性模量，单位为GPa；
Figure SMS_56
为不同温度下岩石峰值应变，
Figure SMS_57
为室温下岩石峰值应变，无量纲；
Figure SMS_58
取室温25℃，
Figure SMS_59
为各种岩石温度修正的拟合待定系数。
可选地，近线弹性阶段弹性储能系数
Figure SMS_60
代表近线弹性阶段储存弹性能的效率，其计算方法，如下式（3）所示：
Figure SMS_61
其中，
Figure SMS_62
为近线弹性阶段积累的弹性能，单位为J；
Figure SMS_63
为近线弹性阶段外力对岩石做的功，单位为J。
可选地，峰前弹性储能比
Figure SMS_64
代表近线弹性阶段外力对岩石做功占峰前阶段的比例，其计算方法，如下式（4）所示：
Figure SMS_65
其中，
Figure SMS_66
为近线弹性阶段外力对岩石做的功，单位为J；
Figure SMS_67
为峰前外力对岩石做的功，单位为J。
可选地，峰后弹性能跌落系数
Figure SMS_68
代表峰后阶段弹性能释放状态，是峰后残余弹性能占峰后总能量之比，其计算方法，如下式（5）所示：
Figure SMS_69
其中，
Figure SMS_70
为峰前积累的弹性能，单位为J；
Figure SMS_71
为峰后残余弹性能，单位为J；
Figure SMS_72
为峰后外力对岩石做的功，单位为J。
进一步地，根据室温25℃下岩石常规三轴压缩试验数据，岩石全应力-应变能量演化过程各阶段能量计算公式如下：
损伤应力前的近线性弹性阶段弹性能计算公式，如下式（6）所示：
Figure SMS_73
峰值应力前的累积弹性能计算公式，如下式（7）所示：
Figure SMS_74
峰值应力后的残余弹性能计算公式，如下式（8）所示：
Figure SMS_75
损伤应力前的近线弹性阶段外力对岩石做的功计算公式，如下式（9）所示：
Figure SMS_76
峰值应力前的外力对岩石做的功计算公式，如下式（10）所示：
Figure SMS_77
峰值应力后的外力对岩石做的功计算公式，如下式（11）所示：
Figure SMS_78
其中，
Figure SMS_79
为室温25℃下的弹性模量，单位为GPa；
Figure SMS_80
为室温25℃下的泊松比，无量纲；
Figure SMS_81
分别为岩石的损伤应力、峰值应力和残余应力，单位为MPa；
Figure SMS_82
分别表示轴向应力与围压，单位为MPa；
Figure SMS_83
分别表示损伤应力处轴向应变、横向应变、峰值应力处轴向应变、横向应变以及残余应力处轴向应变、横向应变，无量纲。
S3、根据数据以及岩石脆性指标模型，得到岩石的脆性评价结果。
举例来说，实施例一对于花岗岩试件：将花岗岩试件围压分别设定为0MPa、10MPa、20MPa、30MPa，并且温度在200、300、400、500℃条件下进行常规三轴压缩试验。
进一步地，获取岩石试件的全过程应力-应变曲线。
进一步地，依据图2-4所示，获取岩石损伤应力、峰值应力和残余应力，划分为近线弹性阶段，峰前弹性能积累阶段，峰后不稳定破裂阶段。
进一步地，计算岩石试件的温度修正系数
Figure SMS_84
，如式（2）。
进一步地，表1、表2为实施例一中花岗岩不同温度和围压下的弹性模量（GPa）、峰值应变（%）：
表1
Figure SMS_85
表2
Figure SMS_86
进一步地，计算近线弹性阶段弹性储能系数
Figure SMS_87
、峰前弹性储能比
Figure SMS_88
、峰后弹性能跌落系数
Figure SMS_89
。
进一步地，根据室温25℃下岩石常规三轴压缩试验数据，岩石全应力-应变能量演化过程各阶段能量计算公式如式（6）-式（11）。
进一步地，根据不同阶段脆性指数计算结果，绘制花岗岩脆性指数随围压和温度变化曲线图，如图5、图6。
其中花岗岩脆性指数在200℃-500℃均随着围压的增加而减小，说明花岗岩脆性与围压成负相关关系，围压增大花岗岩脆性减小，延性增强，这与目前大部分学者研究结果相符；花岗岩脆性指数在0-30MPa的围压下温度在200℃-500℃范围内均随着温度的增加而减小，说明花岗岩脆性随着温度增加而减小，这主要是由于温度的增加造成岩石的软化，从而削弱岩石发生脆性破坏趋势，岩石延性增强。
举例来说，实施例二对于泥页岩试件：在温度50℃、80℃、110℃、140℃条件下进行泥页岩15MPa、30MPa、60MPa、75MPa的常规三轴压缩试验，共进行16组试验，得到各岩石试件的全过程应力-应变曲线。
进一步地，获取岩石试件不同温度下的弹性模量、泊松比以及峰值应变。
进一步地，计算岩石试件的温度修正系数，如式（2）。
进一步地，表3、4为实施例二中泥页岩不同温度和围压下的弹性模量（GPa）、峰值应变（%）：
表3
Figure SMS_90
表4
Figure SMS_91
进一步地，依据图2-4所示，获取岩石损伤应力、峰值应力和残余应力，并对各阶段能量进行计算。
进一步地，根据室温25℃下岩石常规三轴压缩试验数据，岩石全应力-应变能量演化过程各阶段能量计算公式如式（6）-式（11）。
进一步地，根据各阶段脆性指数计算结果，绘制泥页岩脆性指数随围压和温度变化曲线图，如图7、图8。
进一步地，由图7和图8可知，泥页岩在温度50℃-140℃条件下，随着围压的增大岩石脆性指数呈现减小趋势，说明泥页岩岩石脆性随围压的增加而减小；而在各围压状态下，泥页岩脆性指数呈现先增加后减小趋势，并在110℃时达到最大值，泥页岩脆性在50-140℃范围内随温度升高先增加后减小，这与李天斌在《深埋硬岩隧道卸荷热–力效应及岩爆趋势分析》研究中的在20℃～150℃范围中一定温度范围内升温岩石脆性增加的结论相符。
本发明实施例中，考虑深部地热影响，在建立的脆性指标模型中特别考虑了温度对岩石能量特征和力学特性的影响，在大量关于温度对岩石脆性物理响应影响的试验研究和统计分析基础上，确定了对于弹性模量、峰值应变的温度修正系数，并结合岩石受压各阶段能量储存与耗散规律，确定各阶段脆性指数，使得脆性指标更为严谨科学。
本发明综合考虑了温度对岩石能量特征和力学特性影响，开展各温度下的岩石三轴压缩试验，测定室温下的岩石弹性模量以及峰值应变，以室温下的基本参数为标准，通过拟合获得不同温度下岩石脆性指标温度修正系数，简化参数确定流程，减少计算量。
本发明基于岩石能量特征和岩石应力应变曲线，并引入温度对试验结果的影响指标，建立更加真实的脆性指标模型，充分考虑应力应变曲线的不同阶段能量的变化，同时联系峰前峰后能量关系，对不同阶段岩石脆性的变化描述更加细致、准确。
本发明基于全应力应变曲线进行能量分析，原理简明易懂、操作方便，易于计算各阶段能量值，可适用于多种岩石、多种加载方式。同时根据岩石受压各阶段脆性指数能清晰反映岩石能量储存状态，更清晰表明各阶段能量状态对岩石脆性的影响大小，方便对各阶段能量进行细致分析。如图9所示，本发明实施例提供了一种岩石脆性评价装置900，该装置900应用于实现岩石脆性评价方法，该装置900包括：
获取模块910，用于获取待评价岩石的数据；其中，数据包括弹性模量、峰值应变、近线弹性阶段积累的弹性能、近线弹性阶段外力对岩石做的功、峰前外力对岩石做的功、峰前积累的弹性能、峰后残余弹性能以及峰后外力对岩石做的功。
输入模块920，用于将数据输入到构建好的岩石脆性指标模型。
输出模块930，用于根据数据以及岩石脆性指标模型，得到岩石的脆性评价结果。
可选地，输入模块920，进一步用于：
S21、基于不同围压和温度条件下，对岩石试件进行常规三轴压缩试验，得到岩石试件的全过程应力-应变曲线。
S22、根据全过程应力-应变曲线，确定岩石试件的损伤应力、峰值应力和残余应力，并将能量演化过程划分为近线弹性阶段、峰前弹性能积累阶段和峰后不稳定破裂阶段。
S23、根据划分后的近线弹性阶段、峰前弹性能积累阶段和峰后不稳定破裂阶段，确定温度修正系数、近线弹性阶段弹性储能系数、峰前弹性储能比以及峰后弹性能跌落系数。
S24、根据温度修正系数、近线弹性阶段弹性储能系数、峰前弹性储能比以及峰后弹性能跌落系数，构建岩石脆性指标模型。
可选地，岩石脆性指标模型，如下式（1）所示：
Figure SMS_92
其中，
Figure SMS_93
为岩石脆性指标；
Figure SMS_94
为温度修正系数；
Figure SMS_95
为近线弹性阶段弹性储能系数；
Figure SMS_96
为峰前弹性储能比；
Figure SMS_97
为峰后弹性能跌落系数。
可选地，温度修正系数的计算方法，如下式（2）所示：
Figure SMS_98
其中，
Figure SMS_99
为不同温度下岩石弹性模量，
Figure SMS_100
为室温下岩石弹性模量，单位为GPa；
Figure SMS_101
为不同温度下岩石峰值应变，
Figure SMS_102
为室温下岩石峰值应变，无量纲；
Figure SMS_103
取室温25℃，
Figure SMS_104
为岩石温度修正的待定系数。
可选地，近线弹性阶段弹性储能系数的计算方法，如下式（3）所示：
Figure SMS_105
其中，
Figure SMS_106
为近线弹性阶段积累的弹性能，单位为J；
Figure SMS_107
为近线弹性阶段外力对岩石做的功，单位为J。
可选地，峰前弹性储能比的计算方法，如下式（4）所示：
Figure SMS_108
其中，
Figure SMS_109
为近线弹性阶段外力对岩石做的功，单位为J；
Figure SMS_110
为峰前外力对岩石做的功，单位为J。
可选地，峰后弹性能跌落系数的计算方法，如下式（5）所示：
Figure SMS_111
其中，
Figure SMS_112
为峰前积累的弹性能，单位为J；
Figure SMS_113
为峰后残余弹性能，单位为J；
Figure SMS_114
为峰后外力对岩石做的功，单位为J。
本发明实施例中，考虑深部地热影响，在建立的脆性指标模型中特别考虑了温度对岩石能量特征和力学特性的影响，在大量关于温度对岩石脆性物理响应影响的试验研究和统计分析基础上，确定了对于弹性模量、峰值应变的温度修正系数，并结合岩石受压各阶段能量储存与耗散规律，确定各阶段脆性指数，使得脆性指标更为严谨科学。
本发明综合考虑了温度对岩石能量特征和力学特性影响，开展各温度下的岩石三轴压缩试验，测定室温下的岩石弹性模量以及峰值应变，以室温下的基本参数为标准，通过拟合获得不同温度下岩石脆性指标温度修正系数，简化参数确定流程，减少计算量。
本发明基于岩石能量特征和岩石应力应变曲线，并引入温度对试验结果的影响指标，建立更加真实的脆性指标模型，充分考虑应力应变曲线的不同阶段能量的变化，同时联系峰前峰后能量关系，对不同阶段岩石脆性的变化描述更加细致、准确。
本发明基于全应力应变曲线进行能量分析，原理简明易懂、操作方便，易于计算各阶段能量值，可适用于多种岩石、多种加载方式。同时根据岩石受压各阶段脆性指数能清晰反映岩石能量储存状态，更清晰表明各阶段能量状态对岩石脆性的影响大小，方便对各阶段能量进行细致分析。
图10是本发明实施例提供的一种电子设备1000的结构示意图，该电子设备1000可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器（centralprocessing units，CPU）1001和一个或一个以上的存储器1002，其中，存储器1002中存储有至少一条指令，至少一条指令由处理器1001加载并执行以实现下述岩石脆性评价方法：
S1、获取待评价岩石的数据；其中，数据包括弹性模量、峰值应变、近线弹性阶段积累的弹性能、近线弹性阶段外力对岩石做的功、峰前外力对岩石做的功、峰前积累的弹性能、峰后残余弹性能以及峰后外力对岩石做的功。
S2、将数据输入到构建好的岩石脆性指标模型。
S3、根据数据以及岩石脆性指标模型，得到岩石的脆性评价结果。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由终端中的处理器执行以完成上述岩石脆性评价方法。例如，计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岩石脆性评价方法，其特征在于，所述方法包括：
S1、获取待评价岩石的数据；其中，所述数据包括弹性模量、峰值应变、近线弹性阶段积累的弹性能、近线弹性阶段外力对岩石做的功、峰前外力对岩石做的功、峰前积累的弹性能、峰后残余弹性能以及峰后外力对岩石做的功；
S2、将所述数据输入到构建好的岩石脆性指标模型；
S3、根据所述数据以及岩石脆性指标模型，得到岩石的脆性评价结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2中的岩石脆性指标模型的构建过程包括：
S21、基于不同围压和温度条件下，对岩石试件进行常规三轴压缩试验，得到岩石试件的全过程应力-应变曲线；
S22、根据所述全过程应力-应变曲线，确定岩石试件的损伤应力、峰值应力和残余应力，并将能量演化过程划分为近线弹性阶段、峰前弹性能积累阶段和峰后不稳定破裂阶段；
S23、根据划分后的近线弹性阶段、峰前弹性能积累阶段和峰后不稳定破裂阶段，确定温度修正系数、近线弹性阶段弹性储能系数、峰前弹性储能比以及峰后弹性能跌落系数；
S24、根据所述温度修正系数、近线弹性阶段弹性储能系数、峰前弹性储能比以及峰后弹性能跌落系数，构建岩石脆性指标模型。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩石脆性指标模型，如下式（1）所示：
Figure 86621DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 472602DEST_PATH_IMAGE002
为岩石脆性指标；
Figure 986760DEST_PATH_IMAGE003
为温度修正系数；
Figure 850811DEST_PATH_IMAGE004
为近线弹性阶段弹性储能系数；
Figure 134025DEST_PATH_IMAGE005
为峰前弹性储能比；
Figure 425329DEST_PATH_IMAGE006
为峰后弹性能跌落系数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述温度修正系数的计算方法，如下式（2）所示：
Figure 364466DEST_PATH_IMAGE007
其中，
Figure 32208DEST_PATH_IMAGE008
为不同温度下岩石弹性模量，
Figure 169928DEST_PATH_IMAGE009
为室温下岩石弹性模量，单位为GPa；
Figure 897713DEST_PATH_IMAGE010
为不同温度下岩石峰值应变，
Figure 120884DEST_PATH_IMAGE011
为室温下岩石峰值应变，无量纲；
Figure 326737DEST_PATH_IMAGE012
取室温25℃，
Figure 318964DEST_PATH_IMAGE013
为岩石温度修正的待定系数。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述近线弹性阶段弹性储能系数的计算方法，如下式（3）所示：
Figure 420912DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 131379DEST_PATH_IMAGE015
为近线弹性阶段积累的弹性能，单位为J；
Figure 875344DEST_PATH_IMAGE016
为近线弹性阶段外力对岩石做的功，单位为J。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述峰前弹性储能比的计算方法，如下式（4）所示：
Figure 987657DEST_PATH_IMAGE017
其中，
Figure 57244DEST_PATH_IMAGE016
为近线弹性阶段外力对岩石做的功，单位为J；
Figure 243288DEST_PATH_IMAGE018
为峰前外力对岩石做的功，单位为J。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述峰后弹性能跌落系数的计算方法，如下式（5）所示：
Figure 994207DEST_PATH_IMAGE019
其中，
Figure 961026DEST_PATH_IMAGE020
为峰前积累的弹性能，单位为J；
Figure 201514DEST_PATH_IMAGE021
为峰后残余弹性能，单位为J；
Figure 886573DEST_PATH_IMAGE022
为峰后外力对岩石做的功，单位为J。
8.一种岩石脆性评价装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取待评价岩石的数据；其中，所述数据包括弹性模量、峰值应变、近线弹性阶段积累的弹性能、近线弹性阶段外力对岩石做的功、峰前外力对岩石做的功、峰前积累的弹性能、峰后残余弹性能以及峰后外力对岩石做的功；
输入模块，用于将所述数据输入到构建好的岩石脆性指标模型；
输出模块，用于根据所述数据以及岩石脆性指标模型，得到岩石的脆性评价结果。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，输入模块，进一步用于：
S21、基于不同围压和温度条件下，对岩石试件进行常规三轴压缩试验，得到岩石试件的全过程应力-应变曲线；
S22、根据所述全过程应力-应变曲线，确定岩石试件的损伤应力、峰值应力和残余应力，并将能量演化过程划分为近线弹性阶段、峰前弹性能积累阶段和峰后不稳定破裂阶段；
S23、根据划分后的近线弹性阶段、峰前弹性能积累阶段和峰后不稳定破裂阶段，确定温度修正系数、近线弹性阶段弹性储能系数、峰前弹性储能比以及峰后弹性能跌落系数；
S24、根据所述温度修正系数、近线弹性阶段弹性储能系数、峰前弹性储能比以及峰后弹性能跌落系数，构建岩石脆性指标模型。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述岩石脆性指标模型，如下式（1）所示：
Figure 237920DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure 59246DEST_PATH_IMAGE002
为岩石脆性指标；
Figure 673898DEST_PATH_IMAGE003
为温度修正系数；
Figure 580674DEST_PATH_IMAGE004
为近线弹性阶段弹性储能系数；
Figure 735712DEST_PATH_IMAGE005
为峰前弹性储能比；
Figure 677123DEST_PATH_IMAGE006
为峰后弹性能跌落系数。
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