[发明专利]一种判断岩石材料发生岩爆倾向性的方法

说明书

本发明公开了一种判断岩石材料发生岩爆倾向性的方法，该方法针对峰值强度后岩石破坏所需的耗散能量根据峰值强度后应力‑应变曲线求得，通过对岩石试样的一次加卸载实验，发现真实系列值(K_i)与峰值前弹性应变能与总输入能比值(λ_i)之间呈线性关系，求出岩石达到峰值强度时的弹性应变能与总输入能的比值λ₁，而岩石达到峰值强度时的总输入能U₁根据应力‑应变曲线求出，从而获得岩石达到峰值强度时的弹性变形能量。解决了岩石达到峰值强度时不能即时卸载进而无法计算内部储存的弹性应变能问题，利用计算出的弹性应变能和峰后耗散能进行比较，进而判断岩石材料是否具备岩爆倾向性。本发明为岩石材料岩爆倾向性的确定提供了一种全新的判别方法。

技术领域

本发明涉及一种判断岩石材料发生岩爆倾向性的方法。

背景技术

岩爆是发生在深部岩石工程中的一种常见的工程地质灾害现象，目前在国内外已建的众多深部矿山、隧道、水电等工程中均有所报道。岩爆发生时，经常会出现岩片弹射、迸射甚至爆裂等现象，并伴随强烈的气浪或冲击波，给现场施工人员、设备等安全带来了很大威胁。岩石作为岩爆灾害发生的承载体，其本身的弹脆性及储能特性是引发岩爆的主要内在因素。为此，如何判断岩石是否具有岩爆倾向性成为预防岩爆灾害中的关键问题之一。目前，利用单轴压缩试验对岩石材料进行岩爆倾向性判断，已发展了众多方法。比如脆性系数(具体表达式有多种)法，该类方法主要从岩石材料强度方面考虑。由于岩爆发生时伴随着岩片的弹射等动力现象，意味着材料内部能量的释放，因此很多研究人员发展了很多从能量角度考虑的方法。比如岩石弹性变形能指数，该指标主要反映了岩石在达到峰值强度前内部储存弹性变形能的能力,未考虑岩石爆裂是发生在达到峰值强度后的行为特征，另外具体加载时，如何判定荷载何时达到岩石峰值强度的70％～80％也存在一定困难；岩石冲击能指标则考虑了岩石在峰值前和峰值后全程受载情况，利用峰值前的总能量和峰值后的耗散能之比来判断岩爆倾向性。但是该方法没有考虑岩石在达到峰值强度前所消耗的塑性应变能，因此存在高估的可能性。综上，理想的情况应该是，准确获取岩石在达到峰值强度时储存在内部的弹性应变能，并与岩石在峰值强度后破坏所耗散能量进行比较，如果弹性应变能大于峰后耗散能，则具有岩爆倾向性；如果弹性应变能小于或等于峰后耗散能，则不具有岩爆倾向性。因此，如何获得岩石在达到峰值强度时储存在内部的弹性应变能，是解决上述问题的关键。

发明内容

本发明提出一种计算岩石受压达到峰值强度时储存在试样内部弹性变形能的方法，并利用计算出的弹性应变能和峰后耗散能进行比较，进而判断岩石材料是否具备岩爆倾向性。

一种判断岩石材料发生岩爆倾向性的方法，将圆柱型岩石试样放在刚性电液伺服材料控制试验机上，以(0.063-0.067)mm/min的位移加载速率加载直至岩石试样破坏时，获取岩石试验处于峰值强度点时储存于岩体单元内的弹性应变能U_e与峰值后破坏所需的耗散能量U_rs，当U_e-U_rs>0，则认为岩石材料具有岩爆倾向性；若U_e-U_rs≤0，则岩石材料无岩爆倾向性。

利用计算出的弹性应变能和峰后耗散能进行比较，判断岩石材料的岩爆倾向。

所述储存于岩体单元内的弹性应变能U_e的测量过程如下：

步骤1：根据岩石力学单轴压缩试验规程，取圆柱型岩石试样安放在刚性电液伺服材料控制试验机上，以0.063-0.067mm/min的位移加载速率加载直至岩石试样破坏，测得岩石试样的单轴抗压强度σ_c；