[发明专利]适用于深部耦合状态下岩体剪切破断的临界触发模拟方法

权利要求书

1.一种适用于深部耦合状态下岩体剪切破断的临界触发模拟方法，其特征在于，其包括以下步骤：

a、设计室内注水剪切试验，分别包括以下子步骤：

a1、制作试样，

选取深部岩体，并将其加工成一定尺寸的正方体标准试件，然后在该正方体标准试件中部沿节理方向切割一定厚度及长度的预制起裂裂隙，再利用模具将其制作成混凝土直剪试样，保存并进行养护；

a2、准备试验，

将步骤a1所得养护好的混凝土直剪试样放置于直剪试验盒中，并在所述的直剪试验盒的上下端部设置声发射探头传感器，将放置有混凝土直剪试样的直剪试验盒进行密封，并将密封后的试验盒置于岩石应力-渗流耦合真三轴试验系统中；

a3、设计加载方案，

a31、所述的混凝土直剪试样在直剪过程中承受的三向应力与现场接近，分别为σ₁σ₂σ₃，其中，所述的σ₁为轴向应力，所述的σ₂为第一侧向应力，所述的σ₃为第二侧向应力；5组试验的模拟承压水水压P依次为20％σ₃、40％σ₃、60％σ₃、80％σ₃和σ₃；

a32、所述的岩石应力-渗流耦合真三轴试验系统中的真三轴试验机采用应力控制实现三向应力加载，首先通过真三轴试验机的竖向压头给所述的直剪试验盒施加一个较小的轴向应力σ₀，以保证混凝土直剪试样与压力机的压头紧密接触；

a33、在t₁时刻，开启水压系统以100kPa/min的速率向所述的直剪试验盒内施加承压水，直至t₂时刻达到设定水压P并进行稳压处理，同时，所述的竖向压头以相同速率向所述的直剪试验盒施加压力直至达到σ₁，此时定义为t₄时刻；

a34、在t₂时刻，真三轴试验机的水平压头以相同速率加载到t₃时刻的σ₂-P；

a35、当所述的竖向压头达到σ₁后恒定10min，到达t₅时刻，开启水平直剪压头，采用位移控制进行直剪试验直至混凝土直剪试样发生剪切破断t₆；

a36、由t₁-t₆时刻，t₄时刻混凝土直剪试样三向受力、承受水压依次为σ₁、σ₂、σ₃和P，t₅时刻混凝土直剪试样承受剪应力τ后发生剪切破断；

b、对剪切触发数据进行提取，并通过相关理论计算得到岩石剪切劣化量J，确定岩石发生剪切断裂的临界触发条件；

c、设计力-液-固耦合剪切裂纹扩展传播模拟修正方法，包括以下步骤：

为了反映高应力、强渗透压环境下岩体剪切裂纹扩展特征，预期引入λ_I完成对I型--拉伸裂纹扩展的临界应变能释放率修正，引入λ_II、J完成对II型--剪切裂纹扩展的临界应变能释放率修正；

修正后的II型裂纹扩展准则定义为Z(θ)，如式(1)所示：

式(1)中：

G_Ic和G_IIc分别是I型和II型裂纹扩展的临界应变能释放率；

G_I(θ)和G_II(θ)分别为I型和II型裂纹扩展在单位长度应变能释放率；

J为岩石剪切劣化量，定义为达到剪切峰值时损伤变量，反映岩体在深部耦合环境剪切破断发生的难易程度；

利用II型--剪切裂纹扩展的临界应变能释放率准则计算裂纹尖端最大剪应力τ_max和最大拉应力σ_lmax，比较σ_lmax/τ_max与K_min的大小，所述的K_min是发生破坏岩石有效正应力(σ₁-P)/峰值剪切强度τ_P临界比值；

若比值大于0，则(λ_I λ_II)＝(1 0)；若比值小于0，则(λ_I λ_II)＝(0 1)；

若(λ_I λ_II)＝(0 1)，则采用Z(θ)重复运算，将计算后的模拟结果对比直剪试验结果进行反馈分析，重新修正相关参数。