[发明专利]软岩三轴强度评估方法及系统

说明书

本发明提供的软岩三轴强度评估方法及系统，能捕捉岩石非线性行为、包含独立参数少且参数易于获取、为软岩“量身定制”(能同时覆盖脆性与延续破坏)而导致评估精度高。软岩三轴强度评估方法包括：步骤1.获取待测软岩岩体中关于岩块的岩块单轴强度σ_ci；步骤2.获取待测软岩岩体中关于节理的节理系数f(joint)；步骤3.将岩块单轴强度σ_ci与节理系数f(joint)代入公式中，计算软岩三轴强度σ₁(式中，σ₃为最小主应力、σ₂为中间主应力，σ^*为σ₂转折点对应的转折应力，b为无量纲参数，B为用于真三轴计算的无量纲参数)。

技术领域

本发明属于岩石力学与软岩工程领域，具体涉及软岩三轴强度评估方法及系统。

背景技术

如图1所示，由于单轴试验远比三轴试验简单+单轴强度与三轴强度呈正相关性，出于工程实用性(简单、快速、省钱)考虑，岩石力学界更倾向于使用单轴强度来表征岩石力学特性。然而，这样的简化处理会带来一系列问题：

(1)埋藏于地下的岩石通常处于复杂的三轴受力状态，而非简单的单轴受力状态，将三轴简化为单轴不能完全真实反映岩石受力状态。

(2)对于以往的浅部岩石工程而言，由于围压(最小主应力σ₃与中间主应力σ₂)较低，将三轴简化为单轴造成的误差，通常能为工程所接受；对于未来的深部岩石工程而言，由于围压较高，上述简化造成的误差，通常不能为工程所接受。

从“评估精度”这个角度考虑，为了准确预测深部岩石工程的力学行为，采用三轴强度指标代替单轴强度指标，很有必要。为此，一些用于评估岩石三轴强度的方法已经被初步提出。

遗憾的是，现有岩石三轴强度评估方法，通常存在两大类缺陷：

(1)以莫尔-库伦准则为代表的线性破坏准则，无法捕捉岩石非线性行为，这导致评估误差有时不能为工程所接受。

(2)以霍克-布朗准则为代表的非线性破坏准则，包含的参数过多(独立参数≥3个)且参数普遍难于获取，同时未建立这些参数与岩石力学现有指标参数之间的关系，这导致其在工程中难以使用。

为此，从“捕捉岩石非线性行为+包含参数”这2个角度考虑，迫切需要发展能捕捉岩石非线性行为、包含独立参数少且参数易于获取的岩石三轴强度评估方法。

此外，由于历史局限性，上述2个最为著名且使用最为广泛的三轴强度评估方法，都不能适用于软岩。具体原因在于：

(1)软岩与硬岩存在显著的差异。软岩表现的更为延性，硬岩表现的更为脆性。为此，适用于硬岩的破坏准则，都不能直接应用于软岩。

(2)与硬岩工程(潜在灾害少，施工难度低)相比，软岩工程(潜在灾害多，施工难度大)出现较晚，所以现有三轴强度评估方法通常为硬岩“量身定制”(仅能覆盖脆性破坏，不能覆盖延性破坏)，而未考虑到能否适用于软岩。这导致现有方法在评估软岩三轴强度时，误差巨大，评估精度不能为工程所接受。

为此，从“适用于软岩”这个角度考虑，迫切需要发展针对软岩“量身定制”(能同时覆盖脆性与延续破坏)的岩石三轴强度评估方法。