热力耦合作用下热处理岩石损伤本构关系的统计建模与验证：应变修正方法及工程应用

针对经典应变等效假设难以准确描述热处理岩石压实阶段非线性行为的问题，研究人员提出应变修正方法分离压实应变，建立新型热力耦合统计损伤本构模型。该模型在恒定加热与循环加热条件下均能精准表征单轴强度、压实及峰后应变软化特征，揭示了温度与循环加热对损伤演化的差异化影响，为深部岩石工程热力学本构理论提供重要参考。

　　

在深部资源开发与地下工程建设中，岩石长期处于高地应力与高温耦合环境。温度变化会引发矿物热反应、微裂纹闭合或新生，甚至导致化学相变，显著影响岩石力学性能。传统基于应变等效假设的损伤模型难以准确描述压实阶段的非线性行为，尤其对热处理岩石的应变软化特征模拟偏差较大。如何建立物理意义明确、能同时反映热损伤与力学损伤耦合作用的本构模型，成为岩石力学领域的核心挑战。

中南大学的研究团队在《Geomechanics for Energy and the Environment》发表研究，通过分离压实应变提出应变修正方法，构建了新型热力耦合统计损伤本构模型。研究采用Weibull统计理论量化岩石微单元破坏概率，结合损伤集合概念推导耦合损伤变量。关键技术包括：基于波速和弹性模量的热损伤表征、应变分段校正算法、以及恒定加热/循环加热条件下单轴压缩实验验证（样本为花岗岩和砂岩）。

热力耦合统计损伤模型
通过引入损伤集合理论，将热损伤变量D_T与机械损伤变量D_M耦合为综合损伤变量D_C。突破性地采用应变分解法，将总应变ε分解为压实应变ε_c与有效应变ε_e，修正了经典Lemaitre应变等效假设对非线性变形的描述误差。模型参数均具有明确物理意义，如Weibull分布参数m反映材料均质性。

模型验证
对比分析显示，新模型对恒定加热（RT-1000℃）和循环加热工况的应力-应变曲线拟合优度达0.98以上，显著优于经典模型。特别在压实阶段，应变预测误差降低62%。温度升高导致初始损伤增加（D_T从0.2增至0.8），但损伤发展速率趋缓；而循环加热引发的损伤累积效应比直接加热强40%，揭示热循环的"疲劳放大"现象。

结论与意义
该研究创新性地将宏观热力学退化与统计表征相结合，证实：1）应变修正方法能有效捕捉压实阶段非线性特征；2）热循环比恒温更易加速损伤；3）模型参数（如Weibull模量）可定量反映热历史对岩石劣化的影响。成果为深部地热开发、核废料处置等工程中的岩体稳定性评估提供了理论工具，推动热力学本构模型从经验拟合向机理驱动转变。研究获国家自然科学基金（52434006）等支持，第一作者Zhang Peilei强调模型对描述高温岩体应变软化行为的普适性价值。