[發明專利]一種基于數值擬合的巖石長期強度確定方法

有效

• 申請號: 202010546192.1
• 申請日: 2020-06-16
• 公開（公告）號: CN111678787B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 徐強;姚強嶺;夏澤;于利強;王偉男;朱柳;回新冬
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱楨榮

1.一種基于數值擬合的巖石長期強度確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、現場取樣，制作巖石試件，并進行波速測試，將波速差值在10％以內的試件編為一組；對試件進行壓縮試驗，獲得巖石抗壓強度σ_c和全應力應變曲線；

步驟二、選取同組試件進行分級加載蠕變試驗，記錄試驗過程中不同加載應力水平作用下，試件軸向壓縮應變與時間變化數據；具體如下：

步驟2.1、對試件進行軸向分級加載，第一級加載應力大小為抗壓強度σ_c的c倍，并保持大小不變加載a小時；

步驟2.2、加載應力增加抗壓強度σ_c的z倍至第二級應力水平，同樣加載a小時后，升至第三級應力水平，以此類推，之后每級增加抗壓強度σ_c的z倍，加載a小時，直至試件發生破壞，在此過程中，獲取試件應變時程曲線；

步驟三、根據試驗數據，確定巖石試件長期強度范圍σ_T1～σ_T2；具體如下：

步驟3.1、選取各應力水平加載期間軸向應變和加載時間數據，計算每個應力水平加載期間巖石試件平均應變速率ν；

其中，α_s為各應力水平恒定應力加載開始時的應變值；α_r為各應力水平恒定應力加載結束時的應變值；T為恒定應力加載時間；

步驟3.2、對比各應力水平對應的巖石試件平均應變速率ν，巖石試件平均應變速率ν發生劇增所對應的應力水平為σ_T2，前一級應力水平為σ_T1，則巖石試件長期強度范圍σ_T1～σ_T2；

步驟四、確定巖石試件蠕變曲線方程，對蠕變曲線方程求導后得到蠕變速率方程；具體如下：

選取應力水平小于等于σ_T1的各應力水平內恒定應力加載時間和應變數據，并采用指數函數進行擬合，擬合方程作為該加載水平條件下巖石試件蠕變曲線方程，對蠕變曲線方程求導后得到蠕變速率方程；

步驟五、確定巖石變形趨于穩定時的應變值α_z；

步驟5.1、選取巖石試件蠕變速率規定值β，將β值帶入各應力水平條件下蠕變速率方程中，求得巖石試件在各應力水平條件下趨于穩定需要的時間t_w；

步驟5.2、將巖石試件趨于穩定時間t_w再帶回蠕變曲線方程中，確定巖石試件在各應力水平條件下趨于穩定時的應變值α_z；

步驟六、將得到的巖石試件在各應力水平條件下的最終應變值α_z進行指數函數擬合，擬合曲線與巖石試件全應力應變曲線交點所對應的應力值大小為長期強度；加載時間a大于等于6小時，c取值0.4～0.55，z取值0.06～0.08。

2.根據權利要求1所述的一種基于數值擬合的巖石長期強度確定方法，其特征在于，步驟四中指數函數為u(t)＝A+B*(1-e^-Ct)，蠕變速率方程為u′(t)＝B*C*e^-Ct),u(t)為t時刻應變，u′(t)為t時刻應變速率，A為常數，B為常數，e為自然對數，C為常數，t為加載時間。

3.根據權利要求1所述的一種基于數值擬合的巖石長期強度確定方法，其特征在于，所述步驟5.1中的巖石試件蠕變速率規定值β根據工程實際確定。

4.根據權利要求1所述的一種基于數值擬合的巖石長期強度確定方法，其特征在于，巖石試件趨于穩定是指：當巖石試件蠕變變形小于β時，認為巖石試件趨于穩定，不再產生變形。

5.根據權利要求1所述的一種基于數值擬合的巖石長期強度確定方法，其特征在于，步驟六中指數函數為σ(ε)＝D+E*F^ε，σ(ε)為應變為ε時應力值，D，E，F為常數。