[发明专利]岩石在围压条件下的拉伸强度计算方法及应用

说明书

本发明公开了一种岩石在围压条件下的拉伸强度计算方法，该方法根据岩石围压与拉伸强度的关系准则计算岩石的拉伸强度。该方法包括步骤S1、进行岩石试样在不同围压条件下的拉伸试验，获取岩石试样在不同围压作用下的拉伸强度；步骤S2、根据不同围压及其对应的拉伸强度进行数据拟合，确定当前岩石材料属性相关的常数值，再根据确定的岩石围压与拉伸强度的关系准则，计算出当前岩石在不同围压条件下的拉伸强度。该方法提出的岩石围压与拉伸强度的关系准则为岩石破裂识别提供一种依据，为通过拉伸强度判定岩石破裂提供一个对比基准，同时为工程岩体的稳定性控制和失稳预警提供理论依据。

技术领域

本发明涉及岩石力学研究技术领域，具体是一种岩石在围压条件下的拉伸强度计算方法及应用。

背景技术

在绝大多数岩石工程的建设施工中经常会遇到岩石拉伸破坏，如隧道开挖、地下洞室施工、高陡边坡卸荷以及采矿等。岩石破裂过程中往往伴随着较大的地应力，也就是岩石会受到围压，而在复杂地应力条件下的拉伸破坏往往更加剧烈，一旦处理不当，很可能造成施工进度延缓以及对人员设备等造成损害。目前普遍将岩石破裂过程等效为单纯的单向拉伸破坏，而忽略岩石在实际环境中会受到围压作用，因此有必要对围压条件下的岩石拉伸强度进行深入研究。

目前对于岩石在不同围压条件下拉伸强度的研究还比较少，更没有一个通用性的围压与拉伸强度之间的关系准则，无法对在围压作用下的岩石拉伸破坏强度变化进行预测。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种岩石在围压条件下的拉伸强度计算方法以应用。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种岩石在围压条件下的拉伸强度计算方法，其特征在于，该方法根据公式(1)的岩石围压与拉伸强度的关系准则计算岩石的拉伸强度；

其中，σ₃为拉伸强度，σ₁为围压值；m、n、k、q和a为常数。

该方法包括以下步骤：

步骤S1、进行岩石试样在不同围压条件下的拉伸试验，获取岩石试样在不同围压作用下的拉伸强度；

步骤S2、根据不同围压及其对应的拉伸强度进行数据拟合，确定公式(1)中的当前岩石材料属性相关的常数值，再根据确定的岩石围压与拉伸强度的关系准则，计算出当前岩石在不同围压条件下的拉伸强度。

步骤S1中拉伸试验的过程是：

1-1制备岩石试样，岩石试样的两端分别粘结带螺纹孔的金属端头；

1-2将岩石试样竖直安装在拉伸-压缩转换装置上，将岩石试样两端的金属端头与拉伸-压缩转换装置上、下部的连接端固连；然后将安装有岩石试样的拉伸-压缩转换装置整体密封在三轴压缩试验机的围压腔中，三轴压缩试验机的两个加载头分别与拉伸-压缩转换装置的加载端固连，向围压腔内充入硅油；

1-3对岩石试样施加围压，待围压值稳定后对岩石试样逐渐施加轴向压力；当岩石试样发生断裂，停止拉伸。

岩石试样采用花岗岩制成，岩石试样为高100mm，直径为50mm的圆柱体。

本发明还提供一种岩石在围压条件下的拉伸强度计算方法的应用，其特征在于，需要预先进行岩石试样的拉伸试验，确定不同岩石材料对应的m、n、k、q和a的取值；测量某处岩石的围压值，根据公式(1)的关系准则计算得到该处岩石破裂时拉伸强度的理论值；

实时监测该处岩石的实际强度，当岩石的实际强度小于拉伸强度的理论值时表示岩石未发生破裂，可以继续开挖；当岩石的实际强度大于或等于拉伸强度的理论值时表示岩石发生破裂，需要停止开挖操作。