[發明專利]一種巖石粘聚力和內摩擦角時效劣化演化方程獲取方法

在審

• 申請號: 202110429499.8
• 申請日: 2021-04-21
• 公開（公告）號: CN113125266A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 鄧鵬海;劉泉聲
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N13/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 李煒

本發明公開了一種巖石粘聚力和內摩擦角時效劣化演化方程獲取方法，步驟如下：1.對相同批次巖樣試件進行波速測量，獲取波速相近的巖樣；2.進行單軸壓縮室內加載試驗，獲得單軸抗壓瞬時強度值σ_c0；3.將圍壓設定為單軸抗壓瞬時強度的0.05?0.30倍，進行三軸壓縮室內試驗，得到三軸抗壓強度、瞬時粘聚力c₀和內摩擦角4.將荷載施加至0.95σ_c0后停止加載并維持荷載，監測軸向應變和橫向應變隨時間的變化關系，得到應力?時間數據點；5.將荷載分別設定為0.70?0.90σ_c0，得到應力?破壞時間數據點；6.對數據點擬合，得到巖石單軸抗壓強度時效劣化演化方程；7.得到巖石粘聚力和內摩擦角時效劣化演化方程。本發明能夠實現巖石粘聚力和內摩擦角劣化過程實時預測，以實現巖體工程長期穩定性有效評估預測分析。

技術領域

本發明屬于巖石力學與巖石工程領域，具體涉及巖石強度，包括粘聚力和內摩擦角時效劣化演化方程獲取方法。

背景技術

處于天然狀態中的巖石其強度值(包括粘聚力和內摩擦角)會不斷衰減并最終趨于穩定值，這種現象稱為巖石的強度時效劣化，最終穩定值稱為巖石的長期強度值。引起巖石強度劣化的因素主要包括溫度、水、化學-應力耦合作用和風化作用等，深刻理解巖石存在強度時效劣化現象并準確獲知巖石長期強度值及其隨時間的劣化演化方程對巖石工程長期穩定性評估預測分析具有重要意義，如巖石邊坡的長期穩定性、巖石壩基的長期穩定性和地下隧道工程的長期穩定性等。

當前研究側重于通過不同的方法來獲取巖石的長期強度值。室內試驗研究表明，巖石強度具有顯著的率相關性，即巖石強度隨著加載速率的減小而降低，因此，當加載速率趨于無限小時，試驗得到的強度值將趨于穩定，該強度值即為長期強度，通過該方法得到的巖石長期強度稱為直接法。顯然，直接法十分費時，動輒長達數年甚至數十年，這是不實際的。因此，可通過間接法來獲取巖石的長期強度值，其主要包括過渡蠕變法、等時應力–應變曲線簇法、穩態蠕變速率與應力關系法、流變體積應變法、殘余應變法和強度與破壞時間關系法等。

在上述間接法中，一方面僅對巖石單軸抗壓或三軸抗壓長期強度具體數值感興趣，而忽視了巖石強度在長期過程中隨時間的劣化演化過程；另一方面，通過上述間接法僅能得到巖石單軸抗壓強度的長期強度值，而難以得到巖石粘聚力和內摩擦角的長期值及其隨時間的劣化演化方程，從而難以根據巖石強度準則來評估預測巖體工程的長期穩定性。因此，本發明旨在提出一種巖石強度(包括粘聚力和內摩擦角)在長期作用下時效劣化演化方程獲取方法，從而有助于實現巖體工程的長期穩定性評估預測分析。

發明內容

針對以上技術問題，本發明提供一種巖石粘聚力和內摩擦角在長期荷載作用下的時效劣化演化方程獲取方法，該方法可以實現巖體工程，包括巖石邊坡工程、巖石壩基工程和地下隧道工程的長期穩定性評估預測分析。

本發明提供的技術方案如下：

一種巖石粘聚力和內摩擦角時效劣化演化方程獲取方法，包括如下步驟：

步驟1.將相同批次的巖樣加工成標準圓柱形試件，進行完整巖樣的波速測量，剔除與平均波速偏差較大的巖樣；優選的，準備約20組波速相近的完整巖石試樣，確保所有巖石樣品的物理力學特性相近；

步驟2.進行單軸壓縮室內加載試驗，根據《工程巖體試驗方法標準》(GB/T 50266-2013)和《煤和巖石物理力學性質測定方法》(GB/T 23561.11-2010)建議的試驗方法，加載速率0.5MPa～1.0MPa/s，獲得完整巖樣的單軸抗壓瞬時強度值σ_c0；