[发明专利]一种岩体抗压强度确定方法

权利要求书

1.一种岩体抗压强度确定方法，其特征在于：基于摩尔-库伦强度理论中连续岩块强度主应力表达式，获得等围压条件下任意方向结构面组的正应力和剪应力，根据结构面的库伦抗剪强度，获得结构面上的剩余剪应力；对于受压岩体建立结构面组的强度判据表达式，将结构面组的强度判据表达式与岩块强度主应力表达式的系数统一，形成等围压下岩体强度的一般表达式，并给出一般表达式中岩块及结构面的系数参数形式；借助等围压下岩体强度的一般表达式确定岩体的弱环抗压强度和岩体的平均抗压强度。

2.根据权利要求1所述的一种岩体抗压强度确定方法，其特征在于：所述等围压条件下任意方向结构面组的正应力和剪应力获得方法如下：摩尔-库伦强度理论中连续岩块强度主应力表达式为：

公式(1)中的σ₁表示岩体单元受铅直方向的正应力，σ₃表示岩体单元受水平方向的正应力，σ_c表示岩块单轴抗压强度，θ表示结构面法线与x轴的夹角，φ表示结构面摩擦角；

根据应力投影关系，可以得到结构面组等围压下的正应力σ和剪应力t分别为：

t＝(σ₁-σ₃)n₁n₃ (3)

公式(2)、(3)中的n₁和n₃为结构面的法向矢量，其中n₁＝-cosαsinβ，n₃＝cosβ，α为结构面产状倾向，β为结构面产状倾角。

3.根据权利要求2所述的一种岩体抗压强度确定方法，其特征在于：所述结构面上的剩余剪应力获得方法如下：结构面在受压闭合时的库伦抗剪强度s为：

s＝c+fσ (4)

公式(4)中c为结构面粘聚力，f＝tanφ为结构面摩擦系数；

将公式(2)代入公式(4)可得：

剪应力克服了抗剪强度后剩下的部分称为剩余剪应力τ，可得：

4.根据权利要求3所述的一种岩体抗压强度确定方法，其特征在于：所述受压岩体结构面组的强度判据表达式建立方法如下：

根据断裂力学理论，可获得单个结构面破坏判据K_IC为断裂韧度因子，k为反映结构面闭合状况的系数，当结构面张开时k取1，闭合时取0；其中，ν为泊松比；

对于受压岩体，k取0，公式(6)中结构面组的强度判据可以写为：

公式(7)中的a_m为结构面最大半径，公式(7)还可以写为：

5.根据权利要求4所述的一种岩体抗压强度确定方法，其特征在于：所述等围压下岩体强度的一般表达式形成如下：将公式(1)和公式(8)的系数统一用相同参数表示，可得等围压下岩体强度的一般表达式为：

σ_1i＝T_iσ₃+R_i (9)

其中，R_i为第i组单轴抗压强度，T_i为第i组的系数，

将n₁＝cosδ,n₃＝sinδ,代入公式(9)可得各个系数如下：

上式中δ为结构面法线与σ₁的夹角，下标i＝0时为岩块，i＝1,2,3.....m为结构面组号。

6.根据权利要求5所述的一种岩体抗压强度确定方法，其特征在于：所述岩体的弱环抗压强度σ_1min取值为：

σ_1min＝min[T_iσ₃+R_i],i＝0,1,2,3...,m (12)

岩体的弱环单轴抗压强度R_min取式(10)中R₀与式(11)中各组结构面R_i的最小值，即：

7.根据权利要求5所述的一种岩体抗压强度确定方法，其特征在于：所述岩体的平均抗压强度取值方法为：

岩体的平均抗压强度介于岩块的单轴抗压强度与岩体单元的弱环强度之间，对公式(9)求和，可得：

考虑到有岩块单元和m组结构面，岩体的平均抗压强度可写为：

式(15)中系数和岩体的平均单轴抗压强度为：