[发明专利]一种岩石多尺度破裂评估指标的构建方法

说明书

本发明公开了一种真三维应力下岩石多尺度破裂评估指标的构建方法，包括以下步骤：S1、基于Mogi‑Coulomb三维强度准则，建立屈服函数F；S2、依据三维强度准则强度包络线和屈服面与应力点的几何关系，构建岩石多尺度破裂程度评估指标公式；S3、基于岩石多尺度破裂程度评估指标范围分区评估岩体破裂程度。本发明提出一种岩石多尺度破裂评估指标构建方法，为高应力深部岩石工程安全度评价和稳定性分析提供理论依据。

技术领域

本发明涉及岩石力学性能与工程研究领域，具体涉及一种岩石多尺度破裂程度评估指标的构建方法。

背景技术

数值计算分析软件为工程稳定性分析和优化开挖支护设计提供重要的参考依据。然而，通常的数值分析软件的计算结果往往只能给出塑性区或安全系数指标，塑性区显示的是岩石发生塑性变形区域，无法评估岩石破裂程度；安全系数指标只评估岩石工程整体安全度，无法评估岩石渐进式损伤破坏过程和局部化的风险区具体位置。由于缺乏真三维应力状态下岩石损伤、微破裂到破裂等多尺度评价指标，数值计算结果不能进一步评估岩石工程开挖的破裂演化行为、岩石破裂程度和重点风险区位置、范围。

因此，本发明提出一种岩石多尺度破裂程度评估指标的构建方法，对于研究高应力深部工程开挖响应分析、岩石破坏区的演化和安全度评价具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种岩石多尺度破裂程度评估指标的构建方法，直观和定量地表征真三维应力状态下岩石的破裂位置、范围和破坏程度，为高应力深部岩石工程安全度评价和稳定性分析提供理论依据。

为了达到以上技术目的，本发明提供一种岩石多尺度破裂程度评估指标的构建方法，其步骤包括：

S1、基于Mogi-Coulomb三维强度准则，建立岩石多尺度屈服函数F；

S2、依据三维强度准则强度包络线和屈服面与应力点的几何关系，构建岩石多尺度破裂程度评估指标公式；

S3、基于岩石多尺度破裂程度评估指标范围分区评估岩体破裂程度。

所述步骤S1中，采用Mogi-Coulomb准则，建立三维岩石多尺度屈服函数F，其方法为：

基于Mogi-Coulomb准则建立的有效平均应力σ_m,2和八面体剪应力τ_oct的关系为：

τ_oct＝a+bσ_m,2 (1)

其中，σ₁、σ₂和σ₃分别为最大主应力、中间主应力和最小主应力，c和分别为粘聚力和内摩擦角；

三维应力空间的主应力公式如下：

其中，q、p和θ_σ分别为等效剪应力、平均应力和洛德角；

基于Mogi-Coulomb准则和空间主应力公式(4)的关系建立的三维岩石多尺度屈服函数F方程为：

所述步骤S2中，基于岩石多尺度屈服函数F，绘制屈服函数的强度包络线和屈服面，点P(p,q)为平均应力p与等效剪应力q子午面上的应力点，点B(p,q')位于屈服面上；

在π平面上，点B位于屈服面上，所以B点坐标满足屈服函数式(8)；