[发明专利]一种评估弯曲倾倒岩体最大弯曲程度的方法

说明书

本发明涉及岩体倾倒评估技术，旨在提供一种评估弯曲倾倒岩体最大弯曲程度的方法。包括：测量岩层厚度，并根据测量数据绘制岩石拉伸应力应变曲线；根据岩石拉伸应力应变曲线记录岩石抗拉强度，并计算岩石在达到抗拉强度之后的平均弹性模量和岩石在达到抗拉强度之前的平均弹性模量；计算弯曲倾倒岩层的实际曲率；计算弯曲倾倒岩层的理论最大曲率；比较实际曲率与理论最大曲率的数值，如实际曲率越接近理论最大曲率，则表示弯曲倾倒岩层越接近于开裂。本发明由于公式简明、所需试验数量少，故耗时短、经济性好；要求参数少并且容易获取；由于计算均为理论计算且无人为设定参数，操作客观简单；加入岩石应变软化考量因素，能避免低估最大弯曲程度。

技术领域

本发明涉及岩体倾倒评估技术，具体涉及一种评估弯曲倾倒岩体最大弯曲程度的方法。

背景技术

层状岩体边坡在重力及外荷载的长期作用下，会向自由面方向发生弯曲。这种特殊的变形模式称为岩体倾倒。根据诸多学者的研究，随着倾倒岩体弯曲程度的增加，不连续面的发育程度会随之增加。依据不连续面的发育程度，可以将岩体倾倒的演化过程分为3个阶段：弯曲倾倒、块状弯曲倾倒、块状倾倒。其中，弯曲倾倒是演化发生的初始阶段，在这一阶段的倾倒岩体几乎不发生开裂，一旦弯曲倾倒岩体开裂，其稳定性会受到极大影响。不同岩体的最大弯曲程度有很大差别，因此评估弯曲倾倒岩体的最大弯曲程度对进一步评估弯曲倾倒岩体的稳定性具有重要意义。

目前用于分析弯曲倾倒岩体最大弯曲程度的方法主要有物理实验、数值模拟、悬臂梁解析法。物理实验费时费钱、对选用合适的材料精度要求高；数值模拟方法中的一些操作不能轻易避免主观性(如模型的网格划分)，因此只能作为一种补充工具，不能替代传统工程方法；悬臂梁解析法直接假定弯曲倾倒岩体是线性的悬臂梁，没有考虑岩层的弯曲。另外，这些方法通常认为所有类型的岩石在拉应力达到抗拉强度后都会立即开裂。然而，根据许多岩石抗拉试验，岩石在达到抗拉强度后，其拉应力不会直接变为0，而是随着一定坡度而下降，这种现象称为应变软化。忽略岩石的应变软化会低估岩层的最大弯曲程度。

因此，目前急需一种简单、客观、省钱省时、同时能够考虑岩石应变软化现象的评估弯曲倾倒岩体最大弯曲程度的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种评估弯曲倾倒岩体最大弯曲程度的方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种评估弯曲倾倒岩体最大弯曲程度的方法，包括以下步骤：

(1)测量岩层厚度，并根据测量数据绘制岩石拉伸应力应变曲线；

(2)根据岩石拉伸应力应变曲线记录岩石抗拉强度，并计算岩石在达到抗拉强度之后的平均弹性模量E_ss和岩石在达到抗拉强度之前的平均弹性模量E₀；

(3)计算弯曲倾倒岩层的实际曲率：

根据现场绘制的弯曲倾倒岩层的侧面示意图，绘制出该岩层的中轴线；计算中轴线上任意一点的曲率，用于表示弯曲倾倒岩层相应截面的实际曲率；

(4)计算弯曲倾倒岩层的理论最大曲率：

按照公式(2)计算弯曲倾倒岩层任意截面的理论最大曲率C_ppmax：

式中，h为弯曲倾倒岩层的厚度；ε_t为岩石的抗拉强度σ_t为对应的拉伸应变；E^*为岩石弹性阶段的变形模量与塑性阶段的弹性模量的比值，具体通过公式(3)计算获得：

该式中，E_ss是岩石在达到抗拉强度之后的平均弹性模量；E₀是岩石在达到抗拉强度之前的平均弹性模量，均通过步骤(2)获得；