[发明专利]基于稳态蠕变速率倒数确定岩石单轴长期强度的方法

说明书

本发明公开了一种基于稳态蠕变速率倒数确定岩石单轴长期强度的方法，包括以下步骤：步骤一，对岩石试件开展不同轴向应力下的单轴压缩蠕变试验，获得岩石单轴压缩蠕变曲线；步骤二，对蠕变曲线进行数据处理，获得岩石在不同轴向应力下的稳态蠕变速率，并计算稳态蠕变速率的倒数；步骤三，在直角坐标系中绘制岩石稳态蠕变速率倒数和轴向应力的对应关系；步骤四，分别用两个线性函数拟合轴向应力水平较低和轴向应力水平较高时岩石稳态蠕变速率倒数和轴向应力的关系；步骤五，将两条拟合直线延长并相交于一点，该交点对应的应力即为岩石单轴长期强度。该方法操作简单，方便应用，且确定的结果较为准确。

技术领域

本发明属于岩石工程技术领域，具体涉及一种基于稳态蠕变速率倒数确定岩石单轴长期强度的方法。

背景技术

岩石强度随外荷载作用时间延长而不断降低，通常把荷载作用时间趋向于无限长时的强度称为长期强度。众多工程案例表明，岩石工程的失稳破坏多发生在工程施工完成后的长期运营过程中。因此，研究岩石的长期强度对于保证岩石工程在运营期间的长期稳定性和安全性具有重要意义。

常用的岩石长期强度确定方法主要有两种：(1)等时应力—应变曲线拐点法，根据不同应力水平下的蠕变曲线做出岩石不同时间的等时应力—应变曲线簇，曲线簇由直线向曲线的拐点对应的应力即为岩石长期强度。该方法确定的结果较为准确，但由于需要根据蠕变试验结果做出等时应力—应变曲线簇，当荷载级数较多，试验数据量较大时，该方法在操作上较为繁琐。(2)稳态蠕变速率拐点法，利用非线性函数拟合岩石稳态蠕变速率和应力水平的关系，并分别做出拟合曲线首端和末端的两条切线，两条切线的交点即为岩石稳态蠕变速率随应力水平变化的拐点，该拐点对应的应力即为岩石长期强度。该方法确定的结果对于部分岩石明显偏大，这对实际工程而言偏于危险。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于稳态蠕变速率倒数确定岩石单轴长期强度的方法，该方法操作简单，方便应用，且确定的结果较为准确。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，采用单级加载方式，对圆柱形岩石试件开展不同轴向应力下的单轴压缩蠕变试验，获得岩石单轴压缩蠕变曲线；

步骤二，对蠕变曲线进行数据处理，获得岩石在不同轴向应力下的稳态蠕变速率，并计算不同轴向应力下岩石稳态蠕变速率的倒数；

步骤三，以轴向应力为自变量，以稳态蠕变速率的倒数为因变量，在直角坐标系中绘制岩石稳态蠕变速率倒数和轴向应力的对应关系；

步骤四，分别用两个线性函数拟合轴向应力水平较低和轴向应力水平较高时岩石稳态蠕变速率倒数和轴向应力的关系；

步骤五，将两条拟合直线延长并相交于一点，该交点对应的应力即为岩石单轴长期强度。

步骤一中，圆柱形岩石试件的直径为50mm，高度为100mm。

步骤一中，由试验获得的岩石单轴压缩蠕变曲线为轴向蠕变曲线，轴向蠕变曲线包含衰减蠕变和稳态蠕变两个阶段或衰减蠕变、稳态蠕变和加速蠕变三个阶段。

步骤二中，岩石稳态蠕变阶段的蠕变曲线近似为斜直线，用线性函数拟合岩石稳态蠕变阶段的蠕变曲线，所得拟合直线的斜率即为岩石稳态蠕变速率。

步骤三中，轴向应力水平较低和轴向应力水平较高时岩石稳态蠕变速率倒数和轴向应力的关系均近似为线性关系。

步骤四中，线性拟合相关系数均不小于0.95。