[发明专利]一种基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法

说明书

本发明公开了一种基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法。通过对圆柱型岩石试样进行单轴压缩分级加卸载试验，得到其应力应变曲线，在每级加卸载峰值点处根据最小二乘拟合法计算出其加卸载响应值，进而得到岩石试样的加卸载响应比变化曲线，将加卸载响应比开始逐级上升的起始点定义为起变点。起变点对应加载时间点到岩石试样峰值强度对应加载时间点之间的间隔时间称为滞后时间T₁，从初始加载时间点到岩石试样峰值强度对应加载时间点之间的间隔时间称为T₂，T₁和T₂的比值称为加卸载响应滞后比指标T_R。利用计算出的加卸载响应滞后比指标T_R的大小可以实现岩石材料岩爆倾向性等级判别。

技术领域

本发明涉及一种基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法。

背景技术

岩爆是深部岩石工程开挖过程中经常遇到的一种动力破坏现象。岩爆在矿山深部开采、 轨道交通、水利水电等岩土工程中屡见不鲜。岩爆发生时，经常会出现岩片弹射、迸射甚至 爆裂等现象，给现场施工人员、设备等安全带来了很大威胁。岩爆倾向性研究已经成为深部 岩石动力学的重要课题。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研究中 的关键问题之一。

加卸载响应比(Load-Unload Response Ratio，LURR)理论是一种研究岩石或岩体非线 性破坏前兆和破坏预报的理论。目前，加卸载响应比理论已在地震、滑坡等非线性系统失稳 预测中取得了一系列进展。对于岩石试样受压破坏问题，随着加载力的提高，当加载到后期 阶段时(加载力大于60％峰值强度)，试样会由弹性变形阶段向裂隙发生和扩展阶段转化。当 岩石试样处于弹性变形阶段时，可逆性是弹性变形的基本特征，其加载段变形模量和卸载段 变形模量相同，岩石试样进入裂隙不稳定发展直至破裂阶段后，岩石试样的变形具有不可逆 性，其加载段变形模量小于卸载时的变形模量，这种差异显示了岩石力学性质开始劣化的趋 势，这种劣化趋势会非常有规律的反映在岩石LURR的数值上，具体表现为随着加载力的提 高，LURR值会逐级上升增加。LURR逐级上升的起始点定义为起变点，起变点与岩石峰值 强度点之间间隔时间称为滞后时间T₁，从岩石初始加载至达到岩石试样峰值强度的时间为 T₂，加卸载响应滞后比T_R＝T₁/T₂。滞后比T_R与试样的岩爆倾向性呈线性关系，当T_R＞0.25 时，岩石材料无岩爆倾向；当0.20＜T_R≤0.25时，岩石材料有轻微岩爆倾向；当0.15＜T_R≤0.20 时，岩石材料有中等岩爆倾向；当T_R≤0.15时，岩石材料有强岩爆倾向。因此，如何获得岩 石在分级加卸载实验中的滞后比T_R，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在单轴分级加卸载条件下加卸载响应比滞后比的方法，并利用 计算出的加卸载响应比滞后比数值的大小判别岩石材料岩爆倾向性等级。

一种判断岩石材料岩爆倾向性等级判别方法，将圆柱形岩石试样放在刚性电液伺服材料 控制试验机上，以12KN/min的力控制加载速率进行单轴压缩分级加卸载试验，获取岩石试 验处于各级加卸载峰值点的加卸载响应比值，根据加卸载响应比起变点与峰值应力点之间间 隔时间T₁与初始加载至岩样达到峰值强度所用时间T₂，计算T₁和T₂的比值确定岩石试样的 加卸载响应滞后比T_R。

依据计算得到的加卸载响应滞后比T_R值，可以判别岩石材料的岩爆倾向性等级，而且还 可以根据T_R的大小，对岩石材料的岩爆倾向性大小从小到大进行排序。