[发明专利]侧压作用下基于能量演化的岩石拉伸破裂识别方法及应用

说明书

本发明一种侧压作用下基于能量演化的岩石拉伸破裂识别方法及应用，该方法包括步骤S1、进行岩石试样在不同侧压下的拉伸试验，获取岩石在不同侧压下的拉伸应力‑应变曲线；步骤S2、根据岩石在不同侧压下的拉伸应力‑应变曲线，计算岩石在不同侧压下的拉伸总能量，获得多组侧压与拉伸总能量数据；步骤S3、根据多组侧压与拉伸总能量数据推导出岩石拉伸破裂准则，根据准则得到拉伸总能量的计算值；当拉伸总能量的测量值小于计算值，则岩石未发生破裂；当拉伸总能量的测量值大于计算值，则岩石发生破裂。本发明为通过拉伸总能量判定岩石破裂提供一个对比基准，同时为工程岩体的稳定性控制和失稳预警提供理论依据。

技术领域

本发明涉及岩石力学技术领域，尤其涉及一种侧压作用下基于能量演化的岩石拉伸破裂识别方法及应用。

背景技术

在公路隧道建设、地下洞室开挖以及采矿等深部岩石工程中，始终伴随有能量的积累与释放。在隧道开挖和边坡卸荷过程中，岩石中积累的巨大能量在突然释放时会产生剧烈岩爆，能量释放的瞬间岩石存在明显的拉伸破坏，对整个工程建设的设备和人员都有非常大的威胁。因此，了解岩石在侧压条件下的拉伸破裂过程中的能量演化，了解岩石拉伸破坏的能量积累与释放机制，对于实际工程应用很有必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种侧压作用下基于能量演化的岩石拉伸破裂识别方法及应用。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种侧压作用下基于能量演化的岩石拉伸破裂识别方法，其特征在于，该方法通过公式(7)的岩石拉伸破裂准则得到拉伸总能量的计算值；

其中，m、n为常数；U是岩石的拉伸总能量；σ_r是岩石受到的侧压；e是自然对数的底数；

当拉伸总能量的测量值小于计算值，则岩石未发生破裂；当拉伸总能量的测量值大于计算值，则岩石发生破裂。

该方法的具体步骤是：

步骤S1、进行岩石试样在不同侧压下的拉伸试验，获取岩石在不同侧压下的拉伸应力-应变曲线；

步骤S2、根据岩石在不同侧压下的拉伸应力-应变曲线，计算岩石在不同侧压下的拉伸总能量，获得多组侧压与拉伸总能量数据；

步骤S3、根据多组侧压与拉伸总能量数据推导出岩石拉伸破裂准则，根据准则得到拉伸总能量的计算值；当拉伸总能量的测量值小于计算值，则岩石未发生破裂；当拉伸总能量的测量值大于计算值，则岩石发生破裂。

步骤S1中拉伸试验的过程是：

1-1制备岩石试样，岩石试样的两端分别粘结带螺纹孔的金属端头；

1-2将岩石试样竖直安装在拉伸-压缩转换装置上，将岩石试样两端的金属端头与拉伸-压缩转换装置上、下部的连接端固连；然后将安装有岩石试样的拉伸-压缩转换装置整体密封在三轴压缩试验机的侧压腔中，三轴压缩试验机的两个加载头分别与拉伸-压缩转换装置的加载端固连，向侧压腔内充入硅油；

1-3对岩石试样施加侧压，待侧压值稳定后对岩石试样逐渐施加轴向压力；当岩石试样发生断裂，三轴压缩试验机停止加载。

岩石试样采用花岗岩制成，岩石试样为高100mm，直径为50mm的圆柱体。

本发明还提供一种侧压作用下基于能量演化的岩石拉伸破裂识别方法的应用，其特征在于，需要预先进行岩石试样的拉伸试验，获得多组侧压与拉伸总能量满足公式(7)关系时的对应两个参数m、n的取值；在实际工程中，实时测量岩石的拉伸总能量，得到测量值；同时通过测量得到岩石受到的侧压；将岩石的侧压和对应的m、n取值代入公式(7)中，得到岩石拉伸总能量的计算值；