[發明專利]一種定量刻畫巖體漸進破壞力學參數的方法

有效

• 申請號: 202011404732.9
• 申請日: 2020-12-03
• 公開（公告）號: CN112697617B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 郭松峰;祁生文;唐鳳嬌;鄭博文;詹志發;趙星光;趙延林;梁寧;黃曉林;鄒宇;陳亮;張海洋;趙海軍;薛雷;李航;劉宇博
• 申請（專利權）人: 中國科學院地質與地球物理研究所
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N29/14
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 王穎

本發明公開了一種定量刻畫巖體漸進破壞力學參數的方法，通過多級圍壓下的不等幅循環加載和卸載，每次循環表示對不同損傷巖體的加載過程，可以獲得不同損傷巖體的變形模量和峰值強度，從而得到變形模量和強度隨著漸進破壞的變化曲線,實現對變形模量的定量刻畫；對強度曲線做進一步分析，提取不同圍壓不同損傷下對應的試樣強度繪制莫爾圓，取莫爾圓的公切線即為強度包絡線，根據多組強度包絡線獲得多組強度參數，獲得漸進破壞中不同損傷條件下巖體的強度參數變化曲線，從而實現對強度參數的定量刻畫，本發明所述方法快捷、準確、簡單，適用性強，易于推廣。

技術領域

本發明屬于巖體力學和工程地質領域，特別是涉及一種定量刻畫巖體漸進破壞力學參數的方法。

背景技術

巖體的變形和強度是巖體的基本性質，是巖體力學和工程地質學科研究中最核心的內容。巖石變形強度通常由試驗獲得，基于單軸、常規三軸或剪切獲得應力應變曲線，在應力應變曲線上取峰值強度作為巖體的強度(Ulusay，2014)。然而實際上由于巖體的非均勻性，巖體的破壞并不是一蹴而就的，而是要經歷一個內部裂紋的起裂、擴展、貫通，最后達到整體破壞這么一個漸進破壞的過程(Brace，1966；Bieniawski，1967；Martin，1997)，在這個過程中巖體的變形和強度特征隨著裂紋的擴展而變化。因此僅僅用峰值強度顯然不能表征巖體整個漸進破壞過程的力學行為特性，至今仍沒有巖體漸進破壞過程中變形強度參數獲取的方法，在巖體漸進破壞過程中變形強度參數的定量變化規律仍然是懸而未決的關鍵難點。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種定量刻畫巖體漸進破壞力學參數的方法，包括以下步驟：

S1.選取目標巖體，基于巖石力學機，設置預定圍壓，通過持續增強圍壓的方式，對所述目標巖體加載圍壓至所述預定圍壓，通過所述巖石力學機的軸向位移控制模式，對所述目標巖體加載軸壓至所述目標巖體的第一應力峰值，獲得所述目標巖體的第一峰值強度，卸載所述軸壓至靜水壓力狀態，通過所述巖石力學機的軸向位移控制模式，對所述目標巖體重新加載軸壓至第二峰值，獲得所述目標巖體的第二峰值強度，卸載所述軸壓至靜水壓力狀態，重復上述過程直至所述巖體進入殘余強度階段，其中，在進行加載和卸載軸壓的過程中，基于所述巖石力學機，采集所述目標巖體的軸向應變值和環向應變值，基于聲發射采集設備，采集所述目標巖體在加載和卸載軸壓過程中的巖體內部裂隙的聲發射信號；

S2.基于所述應力峰值，依據所述軸向應變值和環向應變值，構建所述目標巖體的應力應變曲線模型；

S3.基于所述應力應變曲線模型，依據應力上升強度50％處的斜率，構建所述目標巖體的巖體損傷變形模量模型，用于定量反映所述目標巖體的變形參數變化規律，基于所述應力應變曲線模型，通過所述預定圍壓和不同塑性應變對應的峰值強度，構建所述目標巖體的莫爾圓模型，基于所述莫爾圓模型的莫爾圓公切線，構建所述目標巖體的巖體強度參數變化模型，用于定量反映所述目標巖體的巖體強度參數變化規律。

優選地，所述S1包括，通過應變計采集所述應力峰值。

優選地，所述S1包括，所述持續增強圍壓的速度，為每分鐘增強固定圍壓值。

優選地，所述S1包括，所述軸向位移控制模式的位移速度為0.06mm/min。

優選地，所述應力峰值的判斷方法為：在卸載所述軸壓的過程中，軸向應力下降值超過峰值的98％，下降幅度超過2KN，所述峰值為所述應力峰值。

優選地，所述預定圍壓包括至少三個等級的圍壓。

優選地，加載至所述預定圍壓時，維持所述預定圍壓兩分鐘后，加載所述軸壓；

優選地，所述S1包括，在進行加載和卸載軸壓的過程中，采用所述聲發射采集設備采集所述巖體內部裂隙聲發射信號時，對所述聲發射采集設備設置門檻值，所述門檻值范圍為35db-45db；