[發明專利]一種測定及計算巖體原位模量的方法

在審

• 申請號: 202011161966.5
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112380484A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 童立紅;吳琳琳;徐長節
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10;G01N3/08
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 姚伯川

一種計算巖體原位模量的方法，所述方法根據砂巖在加載過程或者變形過程中，其宏觀模量是隨應變而演化的特性，建立砂巖一維變形本構模型。通過室內單軸/三軸壓縮試驗數據數據擬合得到模型中待定參數。采用損傷的概念從宏觀上定量描述裂紋對巖石力學性質的影響，沿用常用的一維損傷本構構建損傷演化模型。定義損傷演化模型最小值為巖體初始損傷值ω₀，從而得到f₀，進一步得到原位狀態下巖石的模量E_situ。本發明充分考慮了巖體由于天然或人為原因產生的初始損傷對于巖體原位模量的影響，提高了計算巖體原位模量的精度。本發明可有效測定不同圍壓環境下的巖石的原位模量，是一種簡單易操作、可廣泛適用的方法。

技術領域

本發明涉及一種測定及計算巖體原位模量的方法，屬巖土工程技術領域。

背景技術

目前我國經濟正處于高速發展階段，大量的隧道工程、采礦工程、巷道工程等在建或擬建中，且正在向更深、更長及離已有工程更近的趨勢發展。在建工程的施工會對其附近已有工程中的巖體產生影響，例如爆破造成的劇烈擾動等，甚至對臨近工程巖體造成損傷，弱化其強度。因此，確定原位巖體力學性質對于預估在建工程對已有工程的安全性評估尤為重要。通常采用現場試驗或室內試驗來計算原位巖體物理力學參數。現場試驗一般在現場直接進行，需要花費更多時間、精力和成本，且通常無法得到足夠多的樣本數據；室內試驗一般通過鉆孔取芯、制成標準試樣進行單軸/三軸試驗來得到模量，再通過換算得到原位模量，但往往忽略了取芯過程及卸荷造成的損傷影響，使得換算得到原位模量精度不高，降低了施工對原有工程影響的評估精度。

發明內容

本發明的目的是，為了解決在建工程的施工對其附近已有工程中的巖體產生影響的評估，本發明提出一種測定及計算巖體原位模量的方法。

本發明實現的技術方案如下，一種測定及計算巖體原位模量的方法，所述方法步驟如下：

(1)建立砂巖一維變形本構模型，通過室內單軸/三軸試驗數據擬合得到待定參數a₁、a₂；

(2)沿用常用的一維損傷本構，得到損傷演化模型；

(3)由條件ω≥0確定巖石的初始損傷值ω₀和巖石試樣未變形時的初始值 f₀，進而得到原位巖石模量E_situ；

其中，ω是在軸向加載下考慮初始損傷的巖石的損傷值。

所述砂巖一維變形本構模型，模量隨變形的演化關系表達為：

E(ε)＝E₀e^-f(ε) (1)

對上式中函數f(ε)進行泰勒展開，僅保留前三項，則應力-應變關系式為：

式中，E(ε)為模量隨變形演化的函數式；E₀是無損傷狀態下巖石的模量；ε為試驗測得的軸向應變；σ為試驗測得的軸向應力；E是考慮損傷影響下巖石的模量；E_d0為巖石試樣的初始動模量；f₀是巖石試樣未變形時的初始值；f(ε)是軸向應變ε的未定函數。

所述損傷演化模型，采用損傷的概念從宏觀上定量描述裂紋對巖石力學性質的影響，沿用常用的一維損傷本構，公式如下：

σ＝E₀ε(1-ω₀)(1-ω_n) (3)

由條件ω≥0確定初始損傷的最小值min(ω₀)＝-min(ω_n)，取ω₀＝min(ω₀)，通過式(5)確定f₀的值如下：