[发明专利]一种基于数值拟合的岩石长期强度确定方法

权利要求书

1.一种基于数值拟合的岩石长期强度确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、现场取样，制作岩石试件，并进行波速测试，将波速差值在10％以内的试件编为一组；对试件进行压缩试验，获得岩石抗压强度σ_c和全应力应变曲线；

步骤二、选取同组试件进行分级加载蠕变试验，记录试验过程中不同加载应力水平作用下，试件轴向压缩应变与时间变化数据；具体如下：

步骤2.1、对试件进行轴向分级加载，第一级加载应力大小为抗压强度σ_c的c倍，并保持大小不变加载a小时；

步骤2.2、加载应力增加抗压强度σ_c的z倍至第二级应力水平，同样加载a小时后，升至第三级应力水平，以此类推，之后每级增加抗压强度σ_c的z倍，加载a小时，直至试件发生破坏，在此过程中，获取试件应变时程曲线；

步骤三、根据试验数据，确定岩石试件长期强度范围σ_T1～σ_T2；具体如下：

步骤3.1、选取各应力水平加载期间轴向应变和加载时间数据，计算每个应力水平加载期间岩石试件平均应变速率ν；

其中，α_s为各应力水平恒定应力加载开始时的应变值；α_r为各应力水平恒定应力加载结束时的应变值；T为恒定应力加载时间；

步骤3.2、对比各应力水平对应的岩石试件平均应变速率ν，岩石试件平均应变速率ν发生剧增所对应的应力水平为σ_T2，前一级应力水平为σ_T1，则岩石试件长期强度范围σ_T1～σ_T2；

步骤四、确定岩石试件蠕变曲线方程，对蠕变曲线方程求导后得到蠕变速率方程；具体如下：

选取应力水平小于等于σ_T1的各应力水平内恒定应力加载时间和应变数据，并采用指数函数进行拟合，拟合方程作为该加载水平条件下岩石试件蠕变曲线方程，对蠕变曲线方程求导后得到蠕变速率方程；

步骤五、确定岩石变形趋于稳定时的应变值α_z；

步骤5.1、选取岩石试件蠕变速率规定值β，将β值带入各应力水平条件下蠕变速率方程中，求得岩石试件在各应力水平条件下趋于稳定需要的时间t_w；

步骤5.2、将岩石试件趋于稳定时间t_w再带回蠕变曲线方程中，确定岩石试件在各应力水平条件下趋于稳定时的应变值α_z；

步骤六、将得到的岩石试件在各应力水平条件下的最终应变值α_z进行指数函数拟合，拟合曲线与岩石试件全应力应变曲线交点所对应的应力值大小为长期强度；加载时间a大于等于6小时，c取值0.4～0.55，z取值0.06～0.08。

2.根据权利要求1所述的一种基于数值拟合的岩石长期强度确定方法，其特征在于，步骤四中指数函数为u(t)＝A+B*(1-e^-Ct)，蠕变速率方程为u′(t)＝B*C*e^-Ct),u(t)为t时刻应变，u′(t)为t时刻应变速率，A为常数，B为常数，e为自然对数，C为常数，t为加载时间。

3.根据权利要求1所述的一种基于数值拟合的岩石长期强度确定方法，其特征在于，所述步骤5.1中的岩石试件蠕变速率规定值β根据工程实际确定。

4.根据权利要求1所述的一种基于数值拟合的岩石长期强度确定方法，其特征在于，岩石试件趋于稳定是指：当岩石试件蠕变变形小于β时，认为岩石试件趋于稳定，不再产生变形。

5.根据权利要求1所述的一种基于数值拟合的岩石长期强度确定方法，其特征在于，步骤六中指数函数为σ(ε)＝D+E*F^ε，σ(ε)为应变为ε时应力值，D，E，F为常数。