[發明專利]基于四參數試驗確定巖石變形破壞宏細觀全過程的方法

有效

• 申請號: 202110549984.9
• 申請日: 2021-05-20
• 公開（公告）號: CN113092261B
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 高亞楠;蘭東昊;張玉棟;王云龍;郭鵬;高峰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01B17/04;G01B21/32;G01N23/20
• 代理公司: 徐州蘇越知識產權代理事務所(普通合伙) 32543
• 代理人: 張旭

本發明公開了一種基于四參數試驗確定巖石變形破壞宏細觀全過程的方法，先獲得壓縮試驗中試樣的聲發射數據和變形數據，接著根據有限變形理論對變形數據進行計算，得出每一應力水平下的平均整旋角θ；采用G?P算法對聲發射數據進行計算，得出聲發射信號的時間分維數D_T，根據空間投影法計算空間分維數D_S；壓縮試驗完成后，通過SEM掃描電鏡試驗獲得破裂面細觀形貌，并計算得出破裂面分形維數D_A；最后根據獲得的每一應力水平下聲發射時間分維數D_T、聲發射空間分維數D_S和破裂面分形維數D_A與同一應力水平下的平均整旋角θ進行綜合分析，得出θ與D_T、D_S、D_A的數學趨勢關系，從而建立巖石變形破壞全過程的宏細觀之間的定量關系。

技術領域

本發明涉及一種確定巖石變形破壞的方法，具體是一種基于四參數試驗確定巖石變形破壞宏細觀全過程的方法。

背景技術

目前，礦山、地下空間、隧道及堤壩等巖石工程普遍存在巖石蠕變失穩破壞現象，并且隨著巖石工程服務年限的增加，很容易出現巖石蠕變失穩破壞，造成巖體或上覆建筑坍塌，對人們生命及巖石工程安全形成巨大的威脅。

巖石蠕變是指巖石在外部恒定載荷作用下變形隨時間緩慢增長的現象，這種變形過程會造成巖石發生較大的延遲應變，隨著時間的變化巖石最終形成巖石變形破壞，在變形破壞過程中，巖石會存在宏觀破壞及細觀結構變化。巖石變形破壞在礦山、地下空間、隧道及堤壩等工程中備受關注的問題。由于巖石變形破壞十分復雜，要揭示其機理，必須從宏細觀兩個角度共同分析，建立宏觀破壞過程與細觀結構變化之間的橋梁，然而，目前宏、細觀參數獨立測量、分析，并沒有建立聯系。因此如何提供一種方法能建立巖石變形破壞全過程的宏細觀之間的定量關系，為后續研究提供理論支撐，是本行業的研究方向。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種基于四參數試驗確定巖石變形破壞宏細觀全過程的方法，能建立巖石變形破壞全過程的宏細觀之間的定量關系，為后續研究提供理論支撐。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種基于四參數試驗確定巖石變形破壞宏細觀全過程的方法，具體步驟為：

A、首先對需測試的工程巖體取樣，將取樣后的巖體進行試樣加工，制作成圓柱體試樣；

B、將圓柱體試樣放置到壓縮試驗系統中的試驗機上，并將變形傳感器和聲發射探頭貼在圓柱體試樣表面，然后開始壓縮試驗，在壓縮試驗進行的同時，通過聲發射探頭收集聲發射數據，通過變形傳感器收集圓柱體試樣表面的變形數據；

C、根據有限變形理論，對步驟B收集到的變形數據進行計算，得出每一應力水平下能夠表征材料宏觀變形特性的參量—平均整旋角θ，具體為：

其中，為變形梯度；正交變換為旋轉張量；而對稱變換為應變張量，表達式如下：

試驗測量時應變分量是基于小變形理論計算得出的，即：

式中，uⁱ|_j為位移協變導數，為小變形應變；

結合小變形應變分量和有限變形應變分量能得到：

式中，為轉軸方位張量；

根據胡克定律，一維彈性無損的本構方程為

σ＝ES (5)

由式(4和式(5)可得：

上式中σ為應力；