[发明专利]一种基于网格密度和裂纹密度的岩样破碎程度定量分类方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程中的岩石力学试验领域，尤其是一种基于网格密度和裂纹密度的岩样破碎程度定量分类方法。

背景技术

岩石力学试验是岩石力学的基础，是研究岩石力学与工程的重要手段之一。虽然现在科学计算和理论分析已经达到相当的高度，但岩石力学试验作为直接解决实际工程中的力学问题仍然有着不可替代的作用，随着研究的深入，对于试验结果的分析提出了更高的要求。

岩石试样经过单轴、三轴等力学试验后，岩样会产生宏观的破坏，岩样表面会出现数条甚至数十条裂纹，相应的岩样会被分解成大小不一、形状不规则的块体，岩样的破坏特征及破碎程度是与岩石类型和加卸载应力路径密切相关的，探究岩样的破坏模式对于把握岩石在各种应力路径作用下的破坏机理具有非常重要的意义，是岩石力学特性分析必不可少的内容之一，因此准确定量的评判岩样的破碎程度显得尤为重要。

目前，文献、报告和书籍中关于岩石试样力学试验之后的破坏状态描述中，通常只是定性的称呼为“比较破碎”、“破碎”等，对岩样的裂纹开展和破碎程度缺少定量指标描述，相同或者不同类型的岩石、或者不同加卸载应力路径的岩样的破坏状态无法定量比较，为岩石力学特性的描述带来了较大的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于网格密度和裂纹密度的岩样破碎程度定量分类方法，可以满足岩石试样破坏特征及破碎程度定量分析的要求，分析过程简单，取值准确，物理意义明确，计算结果直观，便于实践操作。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于网格密度和裂纹密度的岩样破碎程度定量分类方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：得到多个相同尺寸的岩石试样破坏后的裂纹展开图；

步骤2：制作各个岩样的“360网格”，通过“360网格”对步骤1得到的各个裂纹展开图中的裂纹数量进行统计，绘制裂纹数量与对应的岩样数量的关系图；

步骤3：通过“360网格”对步骤1得到的各个裂纹展开图中含有裂纹的网格数量Q_W进行统计，计算各个岩样有裂纹的360网格密度Γ_W，计算公式为

式中，Q_W为各岩样含有裂纹的网格数量，0≤Q_w≤360，

绘制360网格密度Γ_W分段与对应的岩样数量的关系图；

步骤4：根据步骤2和3得到的关系图，绘制裂纹数量与360网格密度Γ_W的关系图，对关系图进行分析得知：随着裂纹数量的增加，360网格密度呈幂函数形式增长，在裂纹数量达到20条以上时，360网格密度增长趋势趋向于平稳；

步骤5：根据步骤4统计分析的结果，参考岩石力学相关规范关于岩体破碎程度指标分类标准，结合破坏岩样实际破碎程度及其360网格密度值，建立用360网格密度Γ_W描述岩样破碎程度的分类标准如下：

0≤Γ_W<0.1：轻微破碎；

0.1≤Γ_W<0.3：较破碎；

0.3≤Γ_W<0.5：破碎；

0.5≤Γ_W<0.8：非常破碎；

0.8≤Γ_W≤1.0：完全破碎；

步骤6：计算步骤2中统计的各裂纹数量所对应的岩样裂纹密度Γ_J，计算公式为

式中，Q_J为裂纹数量；S为岩样侧面积，K为调整系数；

步骤7：根据步骤6统计分析的结果，参考岩石力学相关规范关于岩体破碎程度指标分类标准，结合破坏岩样实际破碎程度及其裂纹密度值，建立用岩样裂纹密度Γ_J的描述岩样破碎程度的分类标准如下：

0≤Γ_J<0.3：疏裂纹；

0.3≤Γ_J<0.5：较密裂纹；

0.5≤Γ_J<0.8：密集裂纹；

0.8≤Γ_J<1.0：非常密集裂纹；

Γ_J≥1.0：碎裂；

步骤8：将步骤5建立的用360网格密度Γ_W描述岩样破碎程度的分类标准和步骤7建立的用岩样裂纹密度Γ_J描述岩样破碎程度的分类标准相结合，对岩样破碎程度进行定量分类，定义如下：