[发明专利]一种长期静荷载作用下的岩石弹性模量计算方法

说明书

本发明公开一种长期静荷载作用下的岩石弹性模量计算方法，所述岩石弹性模量计算方法考虑了实际巷道围岩的蠕变特性，通过单一岩石试件某一围压下全应力——应变曲线试验及多水平轴压下稳定蠕变试验，获得全应力——应变曲线和岩石稳定蠕变终止轨迹线，稳定蠕变终止轨迹线与全应力——应变曲线峰前段交点为稳定蠕变下阈值，与峰后段交点为稳定蠕变上阈值；所述稳定蠕变下阈值与坐标原点的连线斜率即为长期静荷载作用下的岩石弹性模量。该方法获得的岩石弹性模量与以往的峰值点杨氏弹性模量相比考虑了围岩的蠕变特性，更加符合客观实际，使用峰值点杨氏弹性模量计算提高了围岩的自承载能力，而这是巷道变形破坏问题一直未能解决的根本原因之一。

技术领域

本发明涉及巷道支护技术领域，具体是一种研究实际巷道围岩在长期处于稳定荷载作用时岩石弹性模量的测试及计算方法。

背景技术

岩石的弹性模量一直是煤矿巷道支护设计的重要参数，对巷道围岩分区类别、各分区边界位置、各分区应力应变分布规律的确定都起着至关重要的作用，是煤矿巷道支护参数量化设计的重要依据。

目前在巷道支护技术领域所使用的岩石弹性模量皆是以单一岩石试件在快速加载作用下获得的全应力——应变曲线为依据计算得到的，这严重忽视了实际巷道围岩的蠕变特性，因此，以此为依据进行的围岩变形机理的分析难以获得准确的围岩变形分区的分区类别，更无法获得准确的各围岩变形分区的边界位置，于是巷道支护参数的量化设计也就无从谈起。时至今日，巷道围岩冒顶、片帮、底臌等现象依然普遍存在就是最客观的佐证。

揭示问题存在的根源，并逐一予以解决是我们最终解决问题的必要途径。提供一种能够反映巷道围岩蠕变特性的岩石弹性模量计算方法正是基于这一思想。

发明内容

本发明的目的是提供一种长期荷载作用下岩石弹性模量的计算方法，通过确定稳定蠕变终止轨迹线与全应力——应变曲线峰前段的交点，获得稳定蠕变下阈值点，并以此计算出岩石弹性模量。该方法考虑了实际巷道围岩在长期静荷载作用下产生的蠕变特性，能更加准确的反映巷道围岩变形的本质机理。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种长期静荷载作用下的岩石弹性模量计算方法，所述岩石弹性模量测试方法考虑了实际巷道围岩的蠕变特性，通过单一岩石试件某一围压下的全应力——应变曲线试验及同一围压多水平轴压下的稳定蠕变试验，获得一条全应力——应变曲线和岩石的稳定蠕变终止轨迹线，稳定蠕变终止轨迹线与全应力——应变曲线峰前段的交点为稳定蠕变下阈值，与峰后段的交点为稳定蠕变上阈值。其中，稳定蠕变下阈值与坐标原点的连线斜率即为巷道围岩在长期静荷载作用下的岩石弹性模量。

作为优选，本发明提供的一种长期静荷载作用下的岩石弹性模量计算方法，所述的岩石稳定蠕变终止轨迹线，是对应某一围压下的不同应力水平轴压下的稳定蠕变实验，该组试验可以确定出各应力水平轴压对应的稳定蠕变终止点，对这些点进行直线拟合(或曲线拟合)即可获得一条与全应力——应变曲线相交的直线(或曲线)，该直线(或曲线)即为对应围压情况下的稳定蠕变终止轨迹线。

作为优选，本发明提供的一种长期静荷载作用下的岩石弹性模量计算方法，所述的稳定蠕变上下阈值，为稳定蠕变终止轨迹线与全应力——应变曲线之间交点的纵坐标，其中，稳定蠕变终止轨迹线与全应力——应变曲线峰前段的交点为稳定蠕变下阈值点，稳定蠕变终止轨迹线与全应力——应变曲线峰后段的交点为稳定蠕变的上阈值点，稳定蠕变下阈值为岩石仅发生弹性变形与开始发生稳定蠕变的分界应力值，稳定蠕变上阈值为岩石发生稳定蠕变与开始发生不稳定蠕变的分界应力值。

作为优选，本发明提供的一种长期静荷载作用下的岩石弹性模量计算方法，包括如下步骤：

1)设计某一围压下的岩石三轴全应力——应变试验，通过该试验获取该围压下的全应力——应变曲线。