[發明專利]巖石的力學參數確定方法

有效

• 申請號: 202110886254.8
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113758791B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 曹廷;王維;顧峰;王麗君;劉慶舒;李國慶;劉釗
• 申請（專利權）人: 中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N33/24;G06F17/18
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 陳春光

1.巖石的力學參數確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、獲取多個巖石樣本，確定各巖石樣本烘干后的初始力學參數和初始結構特征參數；

步驟2、分別對烘干后的各巖石樣本進行多次水巖循環試驗，并在每次水巖循環試驗后，確定各巖石樣本的力學參數和結構特征參數，每次水巖循環試驗過程包括一次飽水試驗和一次烘干試驗；

步驟3、根據對應初始力學參數計算各巖石樣本在每次水巖循環試驗后的力學參數劣化度，根據對應初始結構特征參數計算各巖石樣本在每次水巖循環試驗后的結構特征參數劣化度；

各巖石樣本在每次水巖循環試驗后的力學參數劣化度的計算公式如下：

式中，D_X(N)′表示巖石樣本經過N次水巖循環后的力學參數劣化度，X(N)′表示巖石樣本經過N次水巖循環后的力學參數，X(0)′表示巖石樣本的初始力學參數；

各巖石樣本在每次水巖循環試驗后的結構特征參數劣化度的計算公式如下：

式中，D_Y(N)′表示巖石樣本經過N次水巖循環后的結構特征參數劣化度，Y(N)′表示巖石樣本經過N次水巖循環后的結構特征參數，Y(0)′表示巖石樣本的初始結構特征參數；

步驟4、建立初始函數模型，根據每次水巖循環試驗的次數及對應的結構特征參數劣化度和力學參數劣化度對所述初始函數模型進行回歸分析，得到力學參數劣化度關于水巖循環次數及其對應的結構特征參數劣化度的第一函數模型；

所述第一函數模型如下：

式中，N表示水巖循環次數，D_X(N)表示巖石經過N次水巖循環后的力學參數劣化度，D_A(N)表示巖石經過N次水巖循環后的巖石內部孔隙平面面積劣化度，D_M(N)表示巖石經過N次水巖循環后的巖石易水解礦物成分比例劣化度，a、b和c為系數；

步驟5、根據所述第一函數模型建立力學參數關于初始力學參數、初始結構特征參數、水巖循環次數及其對應的結構特征參數的第二函數模型；

對于經過N次水巖循環后數值減少的力學參數，其對應的第二函數模型如下：

對于經過N次水巖循環后數值增加的力學參數，其對應的第二函數模型如下：

式中，X(N)表示巖石經過N次水巖循環后的力學參數，X(0)表示初始力學參數，A(N)表示巖石經過N次水巖循環后的巖石內部孔隙平面面積，A(0)表示初始巖石內部孔隙平面面積，M(N)表示巖石經過N次水巖循環后的巖石易水解礦物成分比例，M(0)表示初始巖石易水解礦物成分比例；

步驟6、確定待測巖石的結構特征參數和水巖循環次數，根據待測巖石的結構特征參數和水巖循環次數并基于第二函數模型計算待測巖石的力學參數。

2.如權利要求1所述的巖石的力學參數確定方法，其特征在于，所述結構特征參數包括：巖石內部孔隙平面面積和巖石易水解礦物成分比例。

3.如權利要求2所述的巖石的力學參數確定方法，其特征在于，各巖石樣本的初始結構特征參數、各巖石樣本在每次水巖循環試驗后的結構特征參數以及待測巖石的結構特征參數的確定方法包括：

對巖石進行SEM掃描電鏡處理后得到SEM圖像，將SEM圖像進行二值化處理得到二值圖，統計二值圖中黑色區域占圖像區域的面積比例，得到巖石內部空隙平面面積；

對巖石進行XRD射線衍射處理，確定巖石易水解礦物成分比例。

4.如權利要求2所述的巖石的力學參數確定方法，其特征在于，所述根據每次水巖循環試驗的次數及對應的結構特征參數劣化度和力學參數劣化度對所述初始函數模型進行回歸分析具體包括：

分別將每次水巖循環試驗的次數及對應的結構特征參數劣化度和力學參數劣化度代入初始函數中，計算初始函數中的系數，并將計算得到的系數代入初始函數中得到第一函數模型。

5.如權利要求1至4任一項所述的巖石的力學參數確定方法，其特征在于，所述力學參數包括：巖石單軸抗壓強度、巖石彈性模量、巖石泊松比、巖石抗拉強度、巖石粘聚力和/或巖石內摩擦角度。