[发明专利]节理粗糙度对岩石单轴抗压特征强度影响分析方法

说明书

节理粗糙度对岩石单轴抗压特征强度影响分析方法，属于岩石单轴抗压特征强度分析领域，其步骤包括：数值模拟的基本条件设置；含粗糙节理的岩石尺寸对单轴抗压强度影响的数值方案；含粗糙节理的岩石尺寸对单轴抗压强度影响分析方法；岩石单轴抗压强度与岩石尺寸的数学模型建立；岩石单轴抗压特征尺寸与节理粗糙度的数学模型建立；岩石单轴抗压特征强度与节理粗糙度的数学模型建立。本发明通过设置数值模拟方案，分析了节理粗糙度对岩石单轴抗压特征强度的影响，建立了岩石单轴抗压特征强度与节理粗糙度的数学模型，提供了一种节理粗糙度对岩石单轴抗压特征强度影响分析方法，适用于节理粗糙度的变化对岩石单轴抗压特征强度的影响分析。

技术领域

本发明涉及节理粗糙度对岩石单轴抗压特征强度的影响分析方法，特别的是本发明通过设置数值模拟方案，分析了节理粗糙度对岩石单轴抗压特征尺寸以及节理粗糙度对岩石单轴抗压特征强度的影响，建立了岩石单轴抗压特征尺寸与节理粗糙度的数学模型以及岩石单轴抗压特征强度与节理粗糙度的数学模型，提供了一种节理粗糙度对岩石单轴抗压特征尺寸影响和节理粗糙度对岩石单轴抗压特征强度影响分析方法，属于岩石单轴抗压特征强度影响因素分析领域。

背景技术

岩石在复杂地质作用的影响下会形成不同几何状态的结构面，如节理、层理、断层等，岩石中广泛存在的是节理，节理会降低岩石强度。节理粗糙度是影响岩石力学性质的关键因素。岩石存在尺寸效应，由于节理的存在，岩石的尺寸效应会变的不同。这些不同可能会受粗糙度的影响。

大量研究发现当岩石体积增大到一定值时，岩石力学参数以及岩石强度不再随体积增大而有所变化，即特征尺寸。有些学者通过数值方法确定岩石的特征尺寸。如Liang Z等通过数值方法确定岩石REV尺寸为14m×14m。Mahnaz L等人通过数值方法在3D中确定了岩石质量变形时的REV。部分学者从块体角度分析得到岩石的特征尺寸。如Lu Xia等人从块状的角度分析岩石的REV。陈庆发等人利用块体化程度指标，从岩体空间结构角度揭示岩体几何与力学尺寸效应的关联性，确定了裂隙岩体的几何特征尺寸。确定岩体表征体REV的尺寸是研究岩体真实力学参数的关键。还有学者通过压缩试验研究岩石的特征尺寸。Wang P等对花岗岩进行了单轴压缩试验，最终估计所考虑岩体的REV为9m×9m。Sun X等采用FLAC3D软件模拟单轴压缩试验，研究了层状节理岩体不同方向弹性模量的尺寸效应，确定其典型单元体尺寸。Chong Ma等通过三轴数值模拟得到了岩体力学强度参数随着模型尺寸的变化而变化，当模型尺寸达到或超过4m×4m×8m后趋于稳定。但是以上研究内容都只是确定了岩石的特征尺寸，并没有建立岩石单轴抗压强度与特征尺寸的数学模型。目前学者们对岩石单轴抗压特征尺寸的研究很少涉及到岩石内部存在着的节理对它的影响，更鲜有学者研究节理粗糙度对岩石单轴抗压特征尺寸效应的影响。

特征尺寸下的强度可以称之为特征强度。黄丹等将数值模拟和实验室试验各自得出的特征强度曲线的拟合函数相比较，发现数值模拟与室内试验结果相近。由于特征强度的研究较少，还需要对特征强度进一步研究。得到岩石抗压强度的尺寸效应以及节理粗糙度对岩石抗压强度的规律对工程应用有很大的帮助。目前学者们在节理粗糙度对岩石的单轴抗压特征强度影响方面，还尚未有深入的研究，尤其是尚未建立起岩石单轴抗压特征强度与节理粗糙度的数学模型。

相同尺寸的岩石，在其它岩石条件都相同的情况下，也会由于内部赋存的节理粗糙度的不同，造成岩石单轴抗压特征尺寸和单轴抗压特征强度明显的不同，在这方面，国内外学者研究的还相对较少。在另一方面，在不同节理粗糙度下，其岩石单轴抗压特征尺寸以及单轴抗压特征强度也会表现出明显的区别，在这方面，国内外学者研究的也相对较少。综合起来这两个方面，当节理粗糙度和岩石的尺寸同时发生变化时，节理粗糙度的变化对岩石单轴抗压特征尺寸以及单轴抗压特征强度的影响，还尚未有人研究，尤其是尚未建立起岩石单轴抗压特征尺寸与节理粗糙度的数学模型以及岩石单轴抗压特征强度与的数学模型。