[發明專利]側壓作用下基于能量演化的巖石拉伸破裂識別方法及應用

有效

• 申請號: 202011045012.8
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112198051B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 黃達;劉洋;岑奪豐;宮鳳強;鐘助
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰;張國榮

本發明一種側壓作用下基于能量演化的巖石拉伸破裂識別方法及應用，該方法包括步驟S1、進行巖石試樣在不同側壓下的拉伸試驗，獲取巖石在不同側壓下的拉伸應力?應變曲線；步驟S2、根據巖石在不同側壓下的拉伸應力?應變曲線，計算巖石在不同側壓下的拉伸總能量，獲得多組側壓與拉伸總能量數據；步驟S3、根據多組側壓與拉伸總能量數據推導出巖石拉伸破裂準則，根據準則得到拉伸總能量的計算值；當拉伸總能量的測量值小于計算值，則巖石未發生破裂；當拉伸總能量的測量值大于計算值，則巖石發生破裂。本發明為通過拉伸總能量判定巖石破裂提供一個對比基準，同時為工程巖體的穩定性控制和失穩預警提供理論依據。

技術領域

本發明涉及巖石力學技術領域，尤其涉及一種側壓作用下基于能量演化的巖石拉伸破裂識別方法及應用。

背景技術

在公路隧道建設、地下洞室開挖以及采礦等深部巖石工程中，始終伴隨有能量的積累與釋放。在隧道開挖和邊坡卸荷過程中，巖石中積累的巨大能量在突然釋放時會產生劇烈巖爆，能量釋放的瞬間巖石存在明顯的拉伸破壞，對整個工程建設的設備和人員都有非常大的威脅。因此，了解巖石在側壓條件下的拉伸破裂過程中的能量演化，了解巖石拉伸破壞的能量積累與釋放機制，對于實際工程應用很有必要。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種側壓作用下基于能量演化的巖石拉伸破裂識別方法及應用。

本發明解決所述技術問題采用的技術方案是：

一種側壓作用下基于能量演化的巖石拉伸破裂識別方法，其特征在于，該方法通過公式(7)的巖石拉伸破裂準則得到拉伸總能量的計算值；

其中，m、n為常數；U是巖石的拉伸總能量；σ_r是巖石受到的側壓；e是自然對數的底數；

當拉伸總能量的測量值小于計算值，則巖石未發生破裂；當拉伸總能量的測量值大于計算值，則巖石發生破裂。

該方法的具體步驟是：

步驟S1、進行巖石試樣在不同側壓下的拉伸試驗，獲取巖石在不同側壓下的拉伸應力-應變曲線；

步驟S2、根據巖石在不同側壓下的拉伸應力-應變曲線，計算巖石在不同側壓下的拉伸總能量，獲得多組側壓與拉伸總能量數據；

步驟S3、根據多組側壓與拉伸總能量數據推導出巖石拉伸破裂準則，根據準則得到拉伸總能量的計算值；當拉伸總能量的測量值小于計算值，則巖石未發生破裂；當拉伸總能量的測量值大于計算值，則巖石發生破裂。

步驟S1中拉伸試驗的過程是：

1-1制備巖石試樣，巖石試樣的兩端分別粘結帶螺紋孔的金屬端頭；

1-2將巖石試樣豎直安裝在拉伸-壓縮轉換裝置上，將巖石試樣兩端的金屬端頭與拉伸-壓縮轉換裝置上、下部的連接端固連；然后將安裝有巖石試樣的拉伸-壓縮轉換裝置整體密封在三軸壓縮試驗機的側壓腔中，三軸壓縮試驗機的兩個加載頭分別與拉伸-壓縮轉換裝置的加載端固連，向側壓腔內充入硅油；

1-3對巖石試樣施加側壓，待側壓值穩定后對巖石試樣逐漸施加軸向壓力；當巖石試樣發生斷裂，三軸壓縮試驗機停止加載。

巖石試樣采用花崗巖制成，巖石試樣為高100mm，直徑為50mm的圓柱體。

本發明還提供一種側壓作用下基于能量演化的巖石拉伸破裂識別方法的應用，其特征在于，需要預先進行巖石試樣的拉伸試驗，獲得多組側壓與拉伸總能量滿足公式(7)關系時的對應兩個參數m、n的取值；在實際工程中，實時測量巖石的拉伸總能量，得到測量值；同時通過測量得到巖石受到的側壓；將巖石的側壓和對應的m、n取值代入公式(7)中，得到巖石拉伸總能量的計算值；