[发明专利]一种基于数值拟合的岩石长期强度确定方法

说明书

本发明公开了一种基于数值拟合的岩石长期强度确定方法，进行常规压缩试验，获得岩石抗压强度和全应力应变曲线，进行分级加载蠕变试验，确定岩石试件蠕变曲线方程和岩石变形趋于稳定时的最终应变值，最终应变值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。本发明利用数值拟合获得了最终应变拟合曲线与全应力应变曲线的交点，确定了岩石长期强度，克服了确定长期强度过程中拐点模糊、主观判断困难等问题，该方法简单有效，结果准确可靠，过程快速，可程序化。

技术领域

本发明涉及岩石力学与工程领域，特别是一种基于数值拟合的岩石长期强度确定方法。

背景技术

岩石长期强度是指岩石在长期载荷作用下的强度，即当外载荷大于某一定值时，岩石会随时间始终产生蠕变变形，最终发生破坏；当外载荷小于某一定值时，岩石蠕变变形速率逐渐减小至零，蠕变变形趋于收敛。此应力临界值为岩石长期强度值。实践表明，岩体的失稳破坏多是由于其长期承受外载荷作用的结果，因此，有必要开展岩石长期强度测定研究，为岩体支护设计及稳定性评价等提供科学依据。

现有技术中，将岩石蠕变力学特性试验作为确定岩石长期强度的主要手段。其中，过渡蠕变法、等时曲线法为目前最常用的方法。过渡蠕变法将岩石不同载荷作用下不产生稳态蠕变的最大临界载荷作为长期强度，通常为一个范围值，而不是具体值，具有一定的局限性；等时曲线法则是利用蠕变试验结果绘制等时曲线，找出等时曲线中直线段与曲线段的分界点，将分界点连线的渐近线所对应的应力值作为长期强度，由于等时曲线分界点规律性差，人工选择拐点往往带有较大的随意性，导致求解困难。另外，论文《以等应变速率曲线为基础的岩石长期强度确定方法》(哈尔滨工业大学报,2017,49(6):77-83)将应变速率为零时的拟合方程与应力－应变全过程曲线的交点所对应的应力值作为长期强度。对于岩石流变不明显情况下，等应变速率曲线转折点模糊，难以直接目测确定，且极限应变轨迹特征在不同的围压条件下存在一定的差别，能否采用线性表达式拟合，是个值得争议的问题。

因此，有必要对现存判定长期强度的方法进行改进和发展，以提供一种快速、准确、适用范围广的岩石长期强度确定方法，从而为现场工程提供准确依据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于数值拟合的岩石长期强度确定方法，本发明确定岩石长期强度的方法简单、结果准确可靠。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种基于数值拟合的岩石长期强度确定方法，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；