富含瓦斯煤岩损伤破坏的多尺度耦合理论张天军,许鸿杰,任树鑫(西安科技大学理学院，陕西西安710054)摘要：为了研究富含瓦斯煤岩损伤破坏的坏灾变性以及温度压力等因数对其的影响，建立了煤岩微单元强度分布模型以及微单元受力分布模型，并采用细观统计的方法建立了煤岩的多尺度耦合理论，给出了微观损伤造成宏观破坏的概率函数以及跨尺度的敏感性函数。在多孔介质塑性理论和有效应力原理的基础上，研究了温度压力等因数对富含瓦斯煤岩宏观破坏概率以及跨尺度敏感性的影响。结果表明：煤岩的损伤分数和名义应力越大，破坏集团之间的距离越近，宏观破坏概率就越大；在损伤分数较小时，煤岩的跨尺度敏感性随损伤分数增加而增大；在损伤分数较大时，煤岩的跨尺度敏感性随损伤分数增加而减小；随着温度的增大、压力的减小，富含瓦斯煤岩的宏观破坏概率和跨尺度破坏敏感性减小；煤岩的空隙率越大、密度越小，温度、压强对宏观破坏概率以及跨尺度破坏敏感性的影响越大。关键词：多尺度；煤岩；破坏概率；敏感性中图分类号：O34文献标识码：ANon-uniformsolidmaterialdamagetheoryofmultiscalecouplingZHANGTian-jun,XUHong-jie,RENShu-Xin（CollegeofSciences,Xi'anUniversityofScienceandTechnology;Xi'an710054,China）AbstractInordertostudytheprocessandthedisasterofthenon-uniformsolidmaterialdamageanddestruction,theimpactofmicroscopicdamagetothemacro-failureprobabilityandthesensitivityofcross-scalearestudiedbythetheoryformulti-scalecoupling.ThesoftwareofANSYSwasadoptedfornumericalsimulationofthemodel,beforethemodelofmicro-units’three-dimensionalintensitydistributionwasbuiltforthenon-uniformsolidmaterial.Accordingtonumericalanalysisresultandbasedontheaveragefieldmodelandthegroupsharingthemodel,Theneighborunitweightingsharemodelwhichiscloseractualstresshasestablished.Intensitydistributedruleofsolidmaterialisstudiedbytheviewingcarefullystatisticsforconnectionmicroscopicdamageandmacroscopicdestruction,thusthemicrodamagetocreatethemacroscopicdestructiontheprobabilityfunctionandthecrosscriterionsensitivefunctionwasestablished.Thecalculationshowthat:themacroscopicdestructionprobabilityisbiggerwhilethematerialdamagescoreandthenominalstressarebigger,andthedistancebetweendestroygroupstobenearer;thesensitivefunctionissmallerassameasmoremicrounitnumberinthesystemandtheinfluenceofmicros’numberinsystem'stothecrosscriterionsensitiveissmallerifthedamagescoreissmaller;Cross-scalesensitivityincreasedwithincreasinginjuryscoreswhileInjuryscoresintherangeofsmaller,orcross-sensitivityminishwithwithincreasinginjuryscoreswhileinjuryscoresintheframeworkofalarger.KeywordMulti-scale;Intensitydistribution;Macro-failureprobability；Cross-scalesensitivity0引言时空尺度是客观世界的基本特征，例如湍流的涡、材料的损伤都涉及不同的尺度[1]。同时对尺度的研究也是人类展开科学活动的方法，例如从尺度效应出发考察地震、雪崩等自然灾害现象[2,3]。近年来我国学者也开始对多尺度耦合理论进行研究，例如夏蒙棼[4,5]等人研究了固体材料损伤诱致突变的多尺度效应。由于某些无序结构的微小尺度效应可能被强烈放大，上升为显著的大尺度效应，对系统的灾变行为产生直接影响[6]，学者们开始致力于多尺度耦合理论在工程中的应用研究，如李玉民[7]等进行了室内多尺度材料动力破坏规律的实验研究，何俊[8]等进行了煤与瓦斯突出的多尺度预测研究等。采掘高瓦斯矿井过程中，煤岩中所发生的岩爆、煤爆以及煤与瓦斯突出等失稳破坏现象是因大量微损伤积累到一定程度，通过跨尺度的非线性串级发展而诱发的宏观灾变[Error:Referencesourcenotfound]。本文在前人研究的基础上，通过建立煤岩的三维强度模型、微单元受力模型并采用细观统计的方法建立煤岩损伤破坏的多尺度耦合理论，从而给出煤岩微损伤...