[发明专利]基于细观组构模拟的岩石应力松弛性质预测方法

说明书

技术领域

本发明属于岩土工程领域，具体地，涉及一种基于细观组构模拟的岩石应力松弛性质预测方法。

背景技术

21世纪是地下工程的世纪，国内外地下水电站、大型矿山巷道、地下铁道、过江隧道、地下石油储备洞库等，都在大规模兴建，而这些岩体工程的长期稳定性对于工程安全至关重要。在岩土工程中应力松弛现象相当普遍，如岩土工程中的挡土墙、巷道及地下工程，往往由于岩土内应力松弛而导致破坏。岩石的应力松弛是指岩石在恒定应变作用下，应力随时间增长而衰减的性质。产生应力松弛的原因是由于材料的热运动，使得变形由弹性变形全部或部分转变为塑性变形，从而减小了弹性变形相应的应力。因此，岩石的应力松弛性质对于工程稳定是一个十分重要的问题。

目前国内外对于多矿物组成岩石应力松弛性质的研究是一个难点，大多是基于实验室的小试块应力松弛试验，尺寸一般在20cm以下。由于尺寸效应的影响，实验室小试块应力松弛试验的试验结果很难应用于实际工程中。真实岩石的矿物组成大多十分复杂，多由几种矿物组成，即使对于同种岩性的岩石，由于地域不同，年代不同，其矿物组成也差异很大，从而影响到其应力松弛性质也有差异。

为此，本发明提供一种基于细观组构模拟的岩石应力松弛性质预测方法。该发法先通过试验得到每种单矿物岩石的应力松弛性质，再根据岩石中各种矿物组成的比例，通过数值模拟方法计算得到多矿物岩石整体应力松弛力学性质，有望在工程岩体应力松弛预测方面取得较好地结果。

目前国内相关岩石应力松弛性质研究方法的研究现状如下：

1、《岩石的应力松弛、应变硬化和应变软化》一文介绍了大理岩应力松弛的测试方法(参见《地球物理学进展》1996年第4期，作者：伍向阳，等)，该方法在实验室利用800T高温高压三轴流变仪对大理岩进行了三轴应力松弛实验；但该方法只能测试岩石小试块的应力松弛曲线，无法对大尺度的工程岩体应力松弛性质进行预测；

2、《粉砂质泥岩三轴压缩应力松弛特性试验研究》一文介绍了一种饱和粉砂质泥岩的三轴压缩应力松弛试验(参见《岩石力学与工程学报》2011年第4期，作者：于怀昌，等)，该方法采用RLJW–2000型岩石三轴流变伺服仪，在分级加载条件下完成饱和粉砂质泥岩的三轴压缩应力松弛试验，但也局限于只能反映实验室小试块的应力松弛性质；

3、《泥质粉砂岩应力松弛实验及地下硐室稳定性控制》一文介绍了对泥质粉砂岩进行应力松弛的实验(参见山东农业大学硕士论文，作者张加旺)，该文对两组试件分别采用分级加载与分别加载的方式，进行单轴应力松弛实验，也仅适用于实验室小试块试验，也难以应用于实际工程，并且都没有考虑岩石多种矿物成分的影响。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种基于细观组构模拟的岩石应力松弛性质预测方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

基于细观组构模拟的岩石应力松弛性质预测方法，步骤如下：

(1)、多矿物岩样矿物成分及矿物比例鉴定

(2)、各单矿物岩样制备

(3)、各单矿物岩样分别进行应力松弛试验

(4)、建立单矿物岩样的应力松弛模型

(5)、反演获得单矿物岩样的应力松弛参数

(6)、多矿物岩样按矿物比例的随机几何建模

(7)、多矿物岩样的应力松弛性质计算预测。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、以单矿物岩石的应力松弛性质及矿物比例为基础，计算获得多矿物岩石的应力松弛性质，可以模拟实际工程岩体的实际矿物组成情况，不仅限于实验室尺度；

2、该发明方法可广泛应用于水电、交通、能源、矿山等领域的多矿物岩体力学性能研究，应用范围广泛。

附图说明

图1为基于细观组构模拟的岩石应力松弛性质预测方法流程示意图；

图2为应力松弛曲线性质示意图；

图3为Burgers模型示意图；

图4为西原模型示意图；

图5为多矿物岩石的网格单元随机分布示意图。

具体实施方式

如图1所示，基于细观组构模拟的岩石应力松弛性质预测方法，步骤如下：

1、多矿物岩样矿物成分及矿物比例鉴定，具体方法如下：

通过偏光显微镜下的岩石薄片鉴定法对岩样的矿物成分进行鉴定；应用网格法确定矿物的百分含量：选择岩石新鲜而又平整部位画上网格，统计各矿物分别占网格总面积的百分比，此百分比即为矿物的百分含量；也可通过X衍射物相定量分析法对岩样的矿物成分和比例进行鉴定；