[發明專利]一種深部開挖擾動下巖石破碎后的動能確定方法

在審

• 申請號: 202111169449.7
• 申請日: 2021-10-08
• 公開（公告）號: CN113899879A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 高亞楠;蘭東昊;張玉棟;王云龍;高峰
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N33/24
• 分類號: G01N33/24;G01N19/00;G01N23/207
• 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

本發明公開了一種深部開挖擾動下巖石破碎后的動能確定方法，先制成巖石試樣，并測量及計算獲得巖石試樣的體積、峰值割線模量、泊松比及巖石試樣表面的自由能；然后將巖石試樣放置到巖石試驗系統內，以特定的深部開挖擾動應力路徑及對應的特定加載參數對巖石試樣進行加載至破碎，并記錄加載期間巖石試樣的三個主應力的變化情況，最后結合上述參數進行計算，從而能獲得深部開挖擾動下巖石試樣破碎后的動能情況；本發明考慮到了深部開挖擾動下巖石的環境條件，大大提高了在實驗室中模擬深部開挖擾動下巖石破碎過程準確性，同時還保證了試件所處開挖擾動應力狀態下的特點；并且能滿足不同開挖面形狀，使得出的動能更符合現場實際數據。

技術領域

本發明涉及巖石力學與工程技術領域，具體涉及一種深部開挖擾動下巖石破碎后的動能確定方法。

背景技術

深部地下工程的施工與設計，首先需要解決的工程技術難題就是開挖擾動下巖體的穩定控制。然而巖體的失穩破壞與致災過程，實際上是開挖擾動下巖體內部積聚的彈性能轉化為耗散能以及破碎后動能過程。結合能量分配規律，構建深部開挖擾動下的巖石能量失穩準則，進而分析計算巖石破碎后的動能，對于研究深部開挖擾動下巖體能量演化規律以及巖體大變形-非連續變形行為與規律的分析具有重要意義。

常規的巖石破碎后動能的計算方法，大多采用常規單軸壓縮應力路徑或者常規三軸壓縮應力路徑對巖石的破壞進行計算。常規單三軸壓縮應力路徑簡單，與實際開采擾動應力路徑相去甚遠，基于該類的試驗的巖石變形與破碎過程并不是真實深部開挖擾動下巖石破碎的過程，因此，基于該類試驗的方法也不能完全的反映巖石在深部開挖擾動下巖石能量積聚與釋放的過程。如申請號為：2016106516802，名稱為“一種基于可釋放彈性應變能的巖爆碎塊彈射速度預測方法”，其公開了利用彈性應變能進而獲得巖爆后巖石碎塊的彈射速度的確定方法，但是該方法僅僅局限于巖爆這一種情況，并且其是基于圍巖圓形開挖面這一特定形狀進行計算，同時其計算過程中是基于宏觀I型裂紋的方法，I型裂紋是理想的、最簡化的裂紋，所以其計算獲得的動能數據只是理論數據，不僅與實際存在一定差異，而且還需要特定條件，無法滿足對不同形狀及不同深部開挖擾動下的巖石破碎后動能進行確定。根據深部地下工程施工與設計的需要，如果能夠根據巖石真實破裂行為，結合巖石宏細觀破壞特征，揭示深部開挖擾動下巖石變形破壞過程的能量轉移轉化規律，準確描述深部開挖擾動下巖石能量積聚與釋放的過程，不僅可以構建深部開挖擾動下巖體能量失穩準則，也可以為后期深部開挖擾動下巖體的大變形-非連續變形行為與規律的分析提供支撐。因此，如何提供一種能滿足不同開挖面形狀及不同深部開挖擾動下的巖石破碎后動能確定，并且得出的動能更符合現場實際數據，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，本發明提供一種深部開挖擾動下巖石破碎后的動能確定方法，能滿足不同開挖面形狀及不同深部開挖擾動下的巖石破碎后動能確定，并且得出的動能更符合現場實際數據。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種深部開挖擾動下巖石破碎后的動能確定方法，具體步驟為：

S1、先選擇一種巖石性質并將其制成多個巖石試樣，每個巖石試樣的體積為V，選擇奇數個巖石試樣進行波速測試獲得各個巖石試樣的波速值，選擇各個巖石試樣中波速值處于中間的巖石試樣，并通過常規單軸壓縮試驗測量試樣的峰值割線模量E以及泊松比μ；

S2、通過對巖石試樣進行X射線衍射試驗，獲得巖石試樣表面的晶格常數δ₀，進而經過計算獲得巖石試樣表面的自由能γ；

式中：σ_c為試樣強度；

S3、將巖石試樣固定到巖石試驗系統內，設定加載路徑及加載參數，并以該加載路徑及加載參數對巖石試樣進行加載至破碎，并記錄加載期間巖石試樣的第一主應力σ₁，第二主應力σ₂以及第三主應力σ₃；