[發(fā)明專利]同時(shí)獲取巖石黏聚力和內(nèi)摩擦角變化規(guī)律的測(cè)定方法及測(cè)定儀

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711250586.7
• 申請(qǐng)日: 2017-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN108061686B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張后全;石浩;張凱;吳宇;吳鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/08
• 分類號(hào): G01N3/08;G01N3/24
• 代理公司: 徐州市三聯(lián)專利事務(wù)所 32220
• 代理人: 耿巖

1.一種同時(shí)獲取巖石黏聚力和內(nèi)摩擦角變化規(guī)律的測(cè)定方法，包括以下步驟：

步驟1：在需要進(jìn)行力學(xué)參數(shù)測(cè)試的工程巖體中進(jìn)行截割取樣，將取得的測(cè)試巖體加工成標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的巖石試件；

步驟2：獲取步驟1中加工的巖石試件的全應(yīng)力-應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線，以及該曲線的峰值應(yīng)力；

其特征在于：該方法還包括以下步驟：

步驟3：在全應(yīng)力-應(yīng)變曲線上選取能反映曲線走勢(shì)的m個(gè)特征點(diǎn)，分別記為：N₁(ε₁,σ₁₁)、N₂(ε₂,σ₁₂)、N₃(ε₃,σ₁₃)…N_m(ε_m,σ_1m)；其中m不小于6，ε表示應(yīng)變坐標(biāo)，σ表示應(yīng)力坐標(biāo)；

步驟4：選擇黏聚力c和內(nèi)摩擦角隨應(yīng)變變化的函數(shù)形式，得到黏聚力c和內(nèi)摩擦角的函數(shù)表達(dá)式，其中函數(shù)表達(dá)式的系數(shù)為函數(shù)未知參數(shù)，計(jì)算黏聚力c和內(nèi)摩擦角的變化規(guī)律，具體如下：

步驟401：將步驟4中得到的黏聚力c和內(nèi)摩擦角的函數(shù)表達(dá)式帶入摩爾-庫(kù)倫準(zhǔn)則，得到主應(yīng)力σ₁的表達(dá)式；

步驟402：將步驟3中的m個(gè)特征點(diǎn)分別帶入步驟401中的σ₁表達(dá)式，對(duì)應(yīng)得到關(guān)于函數(shù)未知參數(shù)的m個(gè)方程；

步驟403：根據(jù)步驟3的每個(gè)特征點(diǎn)的黏聚力c應(yīng)不小于零且不大于峰值應(yīng)力，內(nèi)摩擦角不小于零且不大于90度，每個(gè)特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)有4個(gè)約束方程；步驟3中共有m個(gè)特征點(diǎn)，得出共4×m個(gè)約束方程；

步驟404：將步驟402中得到的關(guān)于函數(shù)未知參數(shù)的m個(gè)方程與步驟403中得到的4×m個(gè)約束方程聯(lián)立求解，計(jì)算得到函數(shù)表達(dá)式系數(shù)；

步驟405：將步驟404中計(jì)算得到的函數(shù)表達(dá)式系數(shù)分別帶入黏聚力c和內(nèi)摩擦角的函數(shù)表達(dá)式即可得出黏聚力c和內(nèi)摩擦角的變化規(guī)律。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)獲取巖石黏聚力和內(nèi)摩擦角變化規(guī)律的測(cè)定方法，其特征在于：步驟3中的m個(gè)特征點(diǎn)保存在測(cè)定儀的存儲(chǔ)器中。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)獲取巖石黏聚力和內(nèi)摩擦角變化規(guī)律的測(cè)定方法，其特征在于：步驟1中所述的巖石試件直徑為50mm，高為100mm，高徑比為2:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)獲取巖石黏聚力和內(nèi)摩擦角變化規(guī)律的測(cè)定方法，其特征在于：步驟2中獲取巖石試件的全應(yīng)力-應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線，以及該曲線的峰值應(yīng)力的方法為：

步驟201：將步驟1中制作的巖石試件置于巖石三軸壓縮伺服控制試驗(yàn)機(jī)加載室內(nèi)，通過試驗(yàn)機(jī)自帶的軸向和側(cè)向壓力傳感器，按應(yīng)力控制加載方式同時(shí)施加軸向壓力和側(cè)向壓力至預(yù)定壓力值σ₃；

步驟202：在保持側(cè)向壓力σ₃不變條件下，利用軸向壓力傳感器及軸向變形傳感器，按位移控制加載方式，繼續(xù)增大軸向壓力，直至試件發(fā)生破壞，進(jìn)入殘余變形階段；

步驟203：通過傳感器采集的數(shù)據(jù)，獲得該試件在圍壓σ₃作用下的全應(yīng)力-應(yīng)變?cè)囼?yàn)曲線，同時(shí)得到該曲線峰值應(yīng)力。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同時(shí)獲取巖石黏聚力和內(nèi)摩擦角變化規(guī)律的測(cè)定方法，其特征在于：所述的巖石三軸壓縮伺服控制試驗(yàn)機(jī)采取剛性試驗(yàn)機(jī)和伺服控制加載系統(tǒng)，以便使得巖石在全應(yīng)力-應(yīng)變曲線的各個(gè)點(diǎn)上都能保持一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)的受力狀態(tài)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)獲取巖石黏聚力和內(nèi)摩擦角變化規(guī)律的測(cè)定方法，其特征在于：步驟4中所述的計(jì)算黏聚力c和內(nèi)摩擦角的變化規(guī)律采用測(cè)量?jī)x中央處理器進(jìn)行計(jì)算。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同時(shí)獲取巖石黏聚力和內(nèi)摩擦角變化規(guī)律的測(cè)定方法，其特征在于：步驟4中選擇黏聚力c和內(nèi)摩擦角隨應(yīng)變變化的函數(shù)形式，選項(xiàng)有：二次函數(shù)、三次函數(shù)、四次函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)式，函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)式的系數(shù)為函數(shù)未知參數(shù)。

8.一種用于執(zhí)行權(quán)利要求1中同時(shí)獲取巖石黏聚力和內(nèi)摩擦角變化規(guī)律的測(cè)定方法的測(cè)定儀，其特征在于：該測(cè)定儀包括：

中央處理器：用于處理數(shù)據(jù)、計(jì)算黏聚力c和內(nèi)摩擦角的變化規(guī)律；

存儲(chǔ)器：用于保存特征點(diǎn)數(shù)據(jù)；

函數(shù)形式人工選擇系統(tǒng)：用于選擇適合表達(dá)黏聚力c和內(nèi)摩擦角的變化規(guī)律的函數(shù)形式。