[發(fā)明專利]軟巖三軸強度評估方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010947194.1
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112129618B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王中偉;劉泉聲;王宇軒
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 俞琳娟

本發(fā)明提供的軟巖三軸強度評估方法及系統(tǒng)，能捕捉巖石非線性行為、包含獨立參數(shù)少且參數(shù)易于獲取、為軟巖“量身定制”(能同時覆蓋脆性與延續(xù)破壞)而導(dǎo)致評估精度高。軟巖三軸強度評估方法包括：步驟1.獲取待測軟巖巖體中關(guān)于巖塊的巖塊單軸強度σ_ci；步驟2.獲取待測軟巖巖體中關(guān)于節(jié)理的節(jié)理系數(shù)f(joint)；步驟3.將巖塊單軸強度σ_ci與節(jié)理系數(shù)f(joint)代入公式中，計算軟巖三軸強度σ₁(式中，σ₃為最小主應(yīng)力、σ₂為中間主應(yīng)力，σ^*為σ₂轉(zhuǎn)折點對應(yīng)的轉(zhuǎn)折應(yīng)力，b為無量綱參數(shù)，B為用于真三軸計算的無量綱參數(shù))。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖石力學(xué)與軟巖工程領(lǐng)域，具體涉及軟巖三軸強度評估方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

如圖1所示，由于單軸試驗遠比三軸試驗簡單+單軸強度與三軸強度呈正相關(guān)性，出于工程實用性(簡單、快速、省錢)考慮，巖石力學(xué)界更傾向于使用單軸強度來表征巖石力學(xué)特性。然而，這樣的簡化處理會帶來一系列問題：

(1)埋藏于地下的巖石通常處于復(fù)雜的三軸受力狀態(tài)，而非簡單的單軸受力狀態(tài)，將三軸簡化為單軸不能完全真實反映巖石受力狀態(tài)。

(2)對于以往的淺部巖石工程而言，由于圍壓(最小主應(yīng)力σ₃與中間主應(yīng)力σ₂)較低，將三軸簡化為單軸造成的誤差，通常能為工程所接受；對于未來的深部巖石工程而言，由于圍壓較高，上述簡化造成的誤差，通常不能為工程所接受。

從“評估精度”這個角度考慮，為了準(zhǔn)確預(yù)測深部巖石工程的力學(xué)行為，采用三軸強度指標(biāo)代替單軸強度指標(biāo)，很有必要。為此，一些用于評估巖石三軸強度的方法已經(jīng)被初步提出。

遺憾的是，現(xiàn)有巖石三軸強度評估方法，通常存在兩大類缺陷：

(1)以莫爾-庫倫準(zhǔn)則為代表的線性破壞準(zhǔn)則，無法捕捉巖石非線性行為，這導(dǎo)致評估誤差有時不能為工程所接受。

(2)以霍克-布朗準(zhǔn)則為代表的非線性破壞準(zhǔn)則，包含的參數(shù)過多(獨立參數(shù)≥3個)且參數(shù)普遍難于獲取，同時未建立這些參數(shù)與巖石力學(xué)現(xiàn)有指標(biāo)參數(shù)之間的關(guān)系，這導(dǎo)致其在工程中難以使用。

為此，從“捕捉巖石非線性行為+包含參數(shù)”這2個角度考慮，迫切需要發(fā)展能捕捉巖石非線性行為、包含獨立參數(shù)少且參數(shù)易于獲取的巖石三軸強度評估方法。

此外，由于歷史局限性，上述2個最為著名且使用最為廣泛的三軸強度評估方法，都不能適用于軟巖。具體原因在于：

(1)軟巖與硬巖存在顯著的差異。軟巖表現(xiàn)的更為延性，硬巖表現(xiàn)的更為脆性。為此，適用于硬巖的破壞準(zhǔn)則，都不能直接應(yīng)用于軟巖。

(2)與硬巖工程(潛在災(zāi)害少，施工難度低)相比，軟巖工程(潛在災(zāi)害多，施工難度大)出現(xiàn)較晚，所以現(xiàn)有三軸強度評估方法通常為硬巖“量身定制”(僅能覆蓋脆性破壞，不能覆蓋延性破壞)，而未考慮到能否適用于軟巖。這導(dǎo)致現(xiàn)有方法在評估軟巖三軸強度時，誤差巨大，評估精度不能為工程所接受。

為此，從“適用于軟巖”這個角度考慮，迫切需要發(fā)展針對軟巖“量身定制”(能同時覆蓋脆性與延續(xù)破壞)的巖石三軸強度評估方法。