[發明專利]一種評估彎曲傾倒巖體最大彎曲程度的方法

有效

• 申請號: 202110403468.5
• 申請日: 2021-04-14
• 公開（公告）號: CN113252450B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 鄭俊;王炯超;呂慶;田哲祺;黃偉民;郭吉超
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/20
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及巖體傾倒評估技術，旨在提供一種評估彎曲傾倒巖體最大彎曲程度的方法。包括：測量巖層厚度，并根據測量數據繪制巖石拉伸應力應變曲線；根據巖石拉伸應力應變曲線記錄巖石抗拉強度，并計算巖石在達到抗拉強度之后的平均彈性模量和巖石在達到抗拉強度之前的平均彈性模量；計算彎曲傾倒巖層的實際曲率；計算彎曲傾倒巖層的理論最大曲率；比較實際曲率與理論最大曲率的數值，如實際曲率越接近理論最大曲率，則表示彎曲傾倒巖層越接近于開裂。本發明由于公式簡明、所需試驗數量少，故耗時短、經濟性好；要求參數少并且容易獲取；由于計算均為理論計算且無人為設定參數，操作客觀簡單；加入巖石應變軟化考量因素，能避免低估最大彎曲程度。

技術領域

本發明涉及巖體傾倒評估技術，具體涉及一種評估彎曲傾倒巖體最大彎曲程度的方法。

背景技術

層狀巖體邊坡在重力及外荷載的長期作用下，會向自由面方向發生彎曲。這種特殊的變形模式稱為巖體傾倒。根據諸多學者的研究，隨著傾倒巖體彎曲程度的增加，不連續面的發育程度會隨之增加。依據不連續面的發育程度，可以將巖體傾倒的演化過程分為3個階段：彎曲傾倒、塊狀彎曲傾倒、塊狀傾倒。其中，彎曲傾倒是演化發生的初始階段，在這一階段的傾倒巖體幾乎不發生開裂，一旦彎曲傾倒巖體開裂，其穩定性會受到極大影響。不同巖體的最大彎曲程度有很大差別，因此評估彎曲傾倒巖體的最大彎曲程度對進一步評估彎曲傾倒巖體的穩定性具有重要意義。

目前用于分析彎曲傾倒巖體最大彎曲程度的方法主要有物理實驗、數值模擬、懸臂梁解析法。物理實驗費時費錢、對選用合適的材料精度要求高；數值模擬方法中的一些操作不能輕易避免主觀性(如模型的網格劃分)，因此只能作為一種補充工具，不能替代傳統工程方法；懸臂梁解析法直接假定彎曲傾倒巖體是線性的懸臂梁，沒有考慮巖層的彎曲。另外，這些方法通常認為所有類型的巖石在拉應力達到抗拉強度后都會立即開裂。然而，根據許多巖石抗拉試驗，巖石在達到抗拉強度后，其拉應力不會直接變為0，而是隨著一定坡度而下降，這種現象稱為應變軟化。忽略巖石的應變軟化會低估巖層的最大彎曲程度。

因此，目前急需一種簡單、客觀、省錢省時、同時能夠考慮巖石應變軟化現象的評估彎曲傾倒巖體最大彎曲程度的方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種評估彎曲傾倒巖體最大彎曲程度的方法。

為解決技術問題，本發明的解決方案是：

提供一種評估彎曲傾倒巖體最大彎曲程度的方法，包括以下步驟：

(1)測量巖層厚度，并根據測量數據繪制巖石拉伸應力應變曲線；

(2)根據巖石拉伸應力應變曲線記錄巖石抗拉強度，并計算巖石在達到抗拉強度之后的平均彈性模量E_ss和巖石在達到抗拉強度之前的平均彈性模量E₀；

(3)計算彎曲傾倒巖層的實際曲率：

根據現場繪制的彎曲傾倒巖層的側面示意圖，繪制出該巖層的中軸線；計算中軸線上任意一點的曲率，用于表示彎曲傾倒巖層相應截面的實際曲率；

(4)計算彎曲傾倒巖層的理論最大曲率：

按照公式(2)計算彎曲傾倒巖層任意截面的理論最大曲率C_ppmax：

式中，h為彎曲傾倒巖層的厚度；ε_t為巖石的抗拉強度σ_t為對應的拉伸應變；E^*為巖石彈性階段的變形模量與塑性階段的彈性模量的比值，具體通過公式(3)計算獲得：

該式中，E_ss是巖石在達到抗拉強度之后的平均彈性模量；E₀是巖石在達到抗拉強度之前的平均彈性模量，均通過步驟(2)獲得；