[發明專利]一種基于溫度變化特征的巖石變形階段識別方法

有效

• 申請號: 202110842693.9
• 申請日: 2021-07-26
• 公開（公告）號: CN113484499B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 劉善軍;劉文芳;郭嘉興;翟超宇
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 尚云飛

一種基于溫度變化特征的巖石變形階段識別方法，屬于巖土工程技術領域。所述基于溫度變化特征的巖石變形階段識別方法，包括如下步驟：S1、選擇巖石試件；S2、進行巖石單軸壓縮逐級循環加載實驗：對巖石試件施加逐級循環荷載，加載至巖石試件破裂；實時采集巖石試件各級荷載施加過程中的表面溫度，并記錄；S3、對巖石試件的表面溫度進行數據處理：根據巖石試件各級荷載施加過程中表面溫度的溫度下限與加載時間的關系，得到壓密階段與彈性階段的分界點以及彈性階段與破裂階段的分界點。所述基于溫度變化特征的巖石變形階段識別方法能夠對巖石變形階段進行有效識別，實驗易操作，數據處理過程簡單，實驗結果清晰且客觀。

技術領域

本發明涉及巖土工程技術領域，特別涉及一種基于溫度變化特征的巖石變形階段識別方法。

背景技術

巖石在受力作用下，內部結構將發生變化，裂紋的萌生與擴展會使得巖石材料強度降低，裂紋最終擴展貫通引起巖土工程的失穩破壞。巖石的變形階段直接反映了巖石內部不同的損傷狀態，對于巖石變形階段的準確劃分，對預防巖石工程災害具有重大實際意義。

目前，關于巖石變形階段的識別方法主要是通過識別巖石單軸單調加載變形曲線或結合變形過程中聲發射信號的階段分界點確定巖石不同階段的應力閾值，以此進行巖石不同變形階段的劃分。巖石加載至破裂整個過程可被分為三個變形階段，即壓密階段、彈性變形階段、破壞階段。壓密應力為壓密階段與彈性階段的分界點，該應力閾值的確定方法，目前有觀察法，移動點回歸法，應變剛度法，軸向應變差法，以及壓縮系數法等；起裂應力為彈性階段與破壞階段的分界點，該應力閾值的確定方法，目前主要有裂紋體積應變法，橫向應變差法，相對壓縮系數差法，能量法，應變-聲發射法等。

關于巖石變形階段劃分的已有方法中，直接觀察法、移動點回歸法以及應變剛度法數據處理過程簡單，但受人為主觀判斷影響，誤差較大；裂紋體積應變法的結果精度依賴于彈性常數(彈性模量和泊松比)選取的準確性；應變差法(包括軸向應變差法、橫向應變差法以及壓縮系數差法)雖具有可靠的客觀的數學依據，但其物理含義不清晰；而聲發射信息易受到背景噪音影響，無法準確識別巖石的應力閾值。

發明內容

為了解決現有技術存在的技術問題，本發明提供了一種基于溫度變化特征的巖石變形階段識別方法，其基于巖石單軸壓縮逐級循環加載作用下溫度變化的階段特征，對巖石變形階段進行有效識別，實驗易操作，數據處理過程簡單，實驗結果清晰且客觀。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種基于溫度變化特征的巖石變形階段識別方法，包括如下步驟：

S1、選擇巖石試件；

S2、進行巖石單軸壓縮逐級循環加載實驗：

對巖石試件施加逐級循環荷載，加載至巖石試件破裂；實時采集巖石試件各級荷載施加過程中的表面溫度，并記錄；

S3、對巖石試件的表面溫度進行數據處理：

根據巖石試件各級荷載施加過程中表面溫度的溫度下限與加載時間的關系，確定巖石試件從開始施加荷載到破裂過程中的溫度下限最大值T₁，并得到所述溫度下限最大值T₁處的加載時間t₁，再確定從所述加載時間t₁到巖石試件破裂這段時間內的溫度下限最小值T₂，并得到所述溫度下限最小值T₂處的加載時間t₂；

所述加載時間t₁對應的加載循環內的應力峰值為壓密階段與彈性階段的分界點；

所述加載時間t₂對應的加載循環內的應力峰值為彈性階段與破裂階段的分界點。

進一步的，所述步驟S2中，對巖石試件施加逐級循環荷載，加載至巖石試件破裂的具體加載方式為：