[发明专利]一种测定及计算岩体原位模量的方法

说明书

一种计算岩体原位模量的方法，所述方法根据砂岩在加载过程或者变形过程中，其宏观模量是随应变而演化的特性，建立砂岩一维变形本构模型。通过室内单轴/三轴压缩试验数据数据拟合得到模型中待定参数。采用损伤的概念从宏观上定量描述裂纹对岩石力学性质的影响，沿用常用的一维损伤本构构建损伤演化模型。定义损伤演化模型最小值为岩体初始损伤值ω₀，从而得到f₀，进一步得到原位状态下岩石的模量E_situ。本发明充分考虑了岩体由于天然或人为原因产生的初始损伤对于岩体原位模量的影响，提高了计算岩体原位模量的精度。本发明可有效测定不同围压环境下的岩石的原位模量，是一种简单易操作、可广泛适用的方法。

技术领域

本发明涉及一种测定及计算岩体原位模量的方法，属岩土工程技术领域。

背景技术

目前我国经济正处于高速发展阶段，大量的隧道工程、采矿工程、巷道工程等在建或拟建中，且正在向更深、更长及离已有工程更近的趋势发展。在建工程的施工会对其附近已有工程中的岩体产生影响，例如爆破造成的剧烈扰动等，甚至对临近工程岩体造成损伤，弱化其强度。因此，确定原位岩体力学性质对于预估在建工程对已有工程的安全性评估尤为重要。通常采用现场试验或室内试验来计算原位岩体物理力学参数。现场试验一般在现场直接进行，需要花费更多时间、精力和成本，且通常无法得到足够多的样本数据；室内试验一般通过钻孔取芯、制成标准试样进行单轴/三轴试验来得到模量，再通过换算得到原位模量，但往往忽略了取芯过程及卸荷造成的损伤影响，使得换算得到原位模量精度不高，降低了施工对原有工程影响的评估精度。

发明内容

本发明的目的是，为了解决在建工程的施工对其附近已有工程中的岩体产生影响的评估，本发明提出一种测定及计算岩体原位模量的方法。

本发明实现的技术方案如下，一种测定及计算岩体原位模量的方法，所述方法步骤如下：

(1)建立砂岩一维变形本构模型，通过室内单轴/三轴试验数据拟合得到待定参数a₁、a₂；

(2)沿用常用的一维损伤本构，得到损伤演化模型；

(3)由条件ω≥0确定岩石的初始损伤值ω₀和岩石试样未变形时的初始值 f₀，进而得到原位岩石模量E_situ；

其中，ω是在轴向加载下考虑初始损伤的岩石的损伤值。

所述砂岩一维变形本构模型，模量随变形的演化关系表达为：

E(ε)＝E₀e^-f(ε) (1)

对上式中函数f(ε)进行泰勒展开，仅保留前三项，则应力-应变关系式为：

式中，E(ε)为模量随变形演化的函数式；E₀是无损伤状态下岩石的模量；ε为试验测得的轴向应变；σ为试验测得的轴向应力；E是考虑损伤影响下岩石的模量；E_d0为岩石试样的初始动模量；f₀是岩石试样未变形时的初始值；f(ε)是轴向应变ε的未定函数。

所述损伤演化模型，采用损伤的概念从宏观上定量描述裂纹对岩石力学性质的影响，沿用常用的一维损伤本构，公式如下：

σ＝E₀ε(1-ω₀)(1-ω_n) (3)

由条件ω≥0确定初始损伤的最小值min(ω₀)＝-min(ω_n)，取ω₀＝min(ω₀)，通过式(5)确定f₀的值如下：