[发明专利]一种基于BQ、改进Mathews稳定图法的围岩稳定性评价方法

权利要求书

1.一种基于BQ、改进Mathews稳定图法的围岩稳定性评价方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)基于BQ指标的岩体质量计算，过程如下：

1.1：根据结构面参数计算岩体完整性系数，公式如下：

式中：Jv为岩体体积节理数，单位条/m³；

1.2：Jv计算公式如下：

式中：L1，L2，...，Ln为垂直于结构面测线长度；N1，N2，...，Nn为同组结构面数目；

1.3：根据岩石单轴抗压强度值和岩体完整性系数值，计算BQ值：

BQ＝90+3R_c+250K_v

式中：Rc是岩石单轴抗压强度；Kv为岩体完整性系数；

1.4：在应用BQ计算公式过程中，遵循以下条件：

当Rc＞90Kv+30时，以Rc＝90Kv+30和Kv代入计算BQ值；

当Kv＞0.04Rc+0.4时，以Kv＝0.04Rc+0.4和Rc代入计算BQ值；

1.5：根据地下水、软弱结构面产状和天然应力影响对BQ进行修正，修正公式如下：

[BQ]＝BQ-100(K₁+K₂+K₃)

式中：K1为地下水影响修正系数；K2为软件结构面产状影响修正系数；K3为天然应力影响修正系数；

1.6：得到修正后的BQ岩体分级结果；

(2)岩体三维裂隙网络模型生成和剖切；

(3)RQD_t各向异性图绘制；

(4)基于BQ反演的最佳阈值t求解方法；

(5)RQD_t各向异性求解方法；

(6)地应力测量方法，过程如下：

6.1：地应力的测量采用直接测量法中的声发射法来进行测量；

6.2：在垂直方向上，每隔一定深度距离，选取取样点；

6.3：从取样点处的现场原岩中钻孔提取岩芯试样，将试样加工成标准圆柱试件，取芯过程如下；

6.3.1：在待取芯处的原岩中沿6个不同方向制备试件；

6.3.2：6个不同方向按如下划分，若该点的局部坐标系为oxyz，则其中3个方向设定为坐标轴方向，另3个方向选定为oxy、oyz、ozx平面内的轴角平分线方向；

6.3.3：每个方向的试件取样数量为20块；

6.4：开展室内声发射测试试验，过程如下：

6.4.1：采用声发射测试系统进行实验；

6.4.2：试验加载方式采用位移控制加载，加载速率为0.01mm/min，声发射系统设置门槛值为45dB，微机控制下自动采集和储存的数据；

6.4.3：根据试验数据，绘制每一个试验试件的时间-应力-声发射计数关系曲线；

6.4.4：确定每一个试件的凯泽效应特征点以及其对应的垂直主应力，计算出水平最大主应力，最小主应力和最大主应力方向；

6.5：地应力与埋深关系拟合方法，过程如下：

6.5.1：以深度为横坐标，以应力值为纵坐标，绘制出垂直主应力、最大主应力和最小主应力与埋深h的散点图图；

6.5.2：根据散点图规律，选择拟合方程，拟合出垂直主应力、最大主应力和最小主应力与埋深h的关系曲线；

6.5.3：根据拟合关系曲线，得到任意埋深位置的垂直主应力、最大主应力和最小主应力的值；

(7)Mathews稳定图法的改进方法；

(8)改进Mathews稳定图评价方法；

(9)围岩稳定性分析方法，过程如下：

9.1：根据矿房平面图和剖面图，利用CAD软件，建立矿房三维模型；

9.2：将三维模型导入到有限元分析软件中，赋予三维模型材料参数，包括岩体强度、密度、弹性模量、泊松比、粘聚力、摩擦角和容重；

9.3：赋予三维模型边界条件和初始应力；

9.4：进行矿房回采的数值模拟，首先进行未回采状态的数值模拟，得到初始应力场，然后进行矿房回采的数值模拟，得到采空区的应力场；

9.5：对矿房回采后的模拟结果进行分析，分析区域为矿房顶板、上下盘围岩和矿柱；

9.6：岩体剪切破坏的判断准则选用以主应力形式表示的Mohr-Coulomb屈服准则，当f_s＞0时，岩体发生剪切破坏，公式如下：

式中：σ₁、σ₃分别为最大主应力和最小主应力；c为粘聚力；为摩擦角；

9.7：岩体张拉破坏的判断准则，根据岩体所受拉应力σ_t与抗拉强度R_t之间的关系确定，当σ_t≥R_t时，F≥0，即认为岩体发生张拉破坏，公式如下：

F＝σ_t-R_t

式中：σ_t为岩体所受拉应力；R_t为岩体抗拉强度；

9.8：根据分析结果，得到矿房顶板、上下盘围岩和矿柱的破坏模式；

(10)空区稳定性评价方法。