[發(fā)明專利]巖石在圍壓條件下的拉伸強度計算方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011046352.2
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112198052B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃達;劉洋;岑奪豐;宮鳳強;鐘助
• 申請（專利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 天津翰林知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰;張國榮

本發(fā)明公開了一種巖石在圍壓條件下的拉伸強度計算方法，該方法根據(jù)巖石圍壓與拉伸強度的關(guān)系準則計算巖石的拉伸強度。該方法包括步驟S1、進行巖石試樣在不同圍壓條件下的拉伸試驗，獲取巖石試樣在不同圍壓作用下的拉伸強度；步驟S2、根據(jù)不同圍壓及其對應(yīng)的拉伸強度進行數(shù)據(jù)擬合，確定當前巖石材料屬性相關(guān)的常數(shù)值，再根據(jù)確定的巖石圍壓與拉伸強度的關(guān)系準則，計算出當前巖石在不同圍壓條件下的拉伸強度。該方法提出的巖石圍壓與拉伸強度的關(guān)系準則為巖石破裂識別提供一種依據(jù)，為通過拉伸強度判定巖石破裂提供一個對比基準，同時為工程巖體的穩(wěn)定性控制和失穩(wěn)預警提供理論依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖石力學研究技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種巖石在圍壓條件下的拉伸強度計算方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

在絕大多數(shù)巖石工程的建設(shè)施工中經(jīng)常會遇到巖石拉伸破壞，如隧道開挖、地下洞室施工、高陡邊坡卸荷以及采礦等。巖石破裂過程中往往伴隨著較大的地應(yīng)力，也就是巖石會受到圍壓，而在復雜地應(yīng)力條件下的拉伸破壞往往更加劇烈，一旦處理不當，很可能造成施工進度延緩以及對人員設(shè)備等造成損害。目前普遍將巖石破裂過程等效為單純的單向拉伸破壞，而忽略巖石在實際環(huán)境中會受到圍壓作用，因此有必要對圍壓條件下的巖石拉伸強度進行深入研究。

目前對于巖石在不同圍壓條件下拉伸強度的研究還比較少，更沒有一個通用性的圍壓與拉伸強度之間的關(guān)系準則，無法對在圍壓作用下的巖石拉伸破壞強度變化進行預測。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種巖石在圍壓條件下的拉伸強度計算方法以應(yīng)用。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：

一種巖石在圍壓條件下的拉伸強度計算方法，其特征在于，該方法根據(jù)公式(1)的巖石圍壓與拉伸強度的關(guān)系準則計算巖石的拉伸強度；

其中，σ₃為拉伸強度，σ₁為圍壓值；m、n、k、q和a為常數(shù)。

該方法包括以下步驟：

步驟S1、進行巖石試樣在不同圍壓條件下的拉伸試驗，獲取巖石試樣在不同圍壓作用下的拉伸強度；

步驟S2、根據(jù)不同圍壓及其對應(yīng)的拉伸強度進行數(shù)據(jù)擬合，確定公式(1)中的當前巖石材料屬性相關(guān)的常數(shù)值，再根據(jù)確定的巖石圍壓與拉伸強度的關(guān)系準則，計算出當前巖石在不同圍壓條件下的拉伸強度。

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(jié)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(zhuǎn)換裝置上，將巖石試樣兩端的金屬端頭與拉伸-壓縮轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換裝置整體密封在三軸壓縮試驗機的圍壓腔中，三軸壓縮試驗機的兩個加載頭分別與拉伸-壓縮轉(zhuǎn)換裝置的加載端固連，向圍壓腔內(nèi)充入硅油；

1-3對巖石試樣施加圍壓，待圍壓值穩(wěn)定后對巖石試樣逐漸施加軸向壓力；當巖石試樣發(fā)生斷裂，停止拉伸。

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(fā)明還提供一種巖石在圍壓條件下的拉伸強度計算方法的應(yīng)用，其特征在于，需要預先進行巖石試樣的拉伸試驗，確定不同巖石材料對應(yīng)的m、n、k、q和a的取值；測量某處巖石的圍壓值，根據(jù)公式(1)的關(guān)系準則計算得到該處巖石破裂時拉伸強度的理論值；

實時監(jiān)測該處巖石的實際強度，當巖石的實際強度小于拉伸強度的理論值時表示巖石未發(fā)生破裂，可以繼續(xù)開挖；當巖石的實際強度大于或等于拉伸強度的理論值時表示巖石發(fā)生破裂，需要停止開挖操作。