[发明专利]一种考虑围压效应的岩石抗剪强度参数定量表征方法

权利要求书

1.一种考虑围压效应的岩石抗剪强度参数定量表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在岩石工程所处的岩体中取样，并制备成直径50mm、高度100mm的标准岩石试样；

(2)在常规三轴压缩条件下，对岩石试样开展不同围压下的三轴压缩强度试验；

(3)根据步骤(2)岩石常规三轴压缩强度试验结果，以围压3为横坐标、岩石三轴强度1为纵坐标，获得1—3关系的散点图；

(4)对步骤(3)中的1—3关系曲线进行三阶多项式回归分析，获得回归岩石三轴强度关于围压3的三阶多项式型强度准则表达式；

(5)应用步骤(4)中的三阶多项式型强度准则表达式，根据莫尔圆和抗剪强度包络线性质，结合Mohr–Coulomb准则获得等效岩石抗剪强度参数的定量表征公式；

(6)根据步骤(5)中的抗剪强度参数的定量表征公式，得到岩石在实际围压状态下的抗剪强度参数。

2.根据权利要求1所述的一种考虑围压效应的岩石抗剪强度参数定量表征方法，其特征在于，所述步骤(1)中，在岩石工程所处的周围岩体中取样，按照岩石三轴压缩强度试验规程中的标准要求，经过钻孔取芯、长度切割和两端面磨平三道工序加工成直径50mm、高度100mm的圆柱体岩样。

3.根据权利要求1所述的一种考虑围压效应的岩石抗剪强度参数定量表征方法，其特征在于，所述步骤(2)中，根据岩石三轴压缩强度试验规程中的标准要求，对岩样开展不同围压条件下的常规三轴加载破坏力学试验。

4.根据权利要求1所述的一种考虑围压效应的岩石抗剪强度参数定量表征方法，其特征在于，所述步骤(3)中，根据岩石三轴压缩强度试验结果，以围压为横坐标、岩石三轴强度为纵坐标，获得三轴强度-围压散点图。

5.根据权利要求1所述的一种考虑围压效应的岩石抗剪强度参数定量表征方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述三阶多项式为：

式中，1为在围压3时修正的岩石三轴强度。

6.根据权利要求1所述的一种考虑围压效应的岩石抗剪强度参数定量表征方法，其特征在于，所述步骤(5)中，Mohr-Coulomb强度准则的表达式为：

式中，c和统称为抗剪强度参数，其中c为内聚力，为内摩擦角， n为剪切面上法向应力，为岩石抗剪强度。

通过三阶多项式型强度准则对三轴试验强度1的修正，原应力状态(1, 3)可以近似等价表示为(, 3)。因此，公式(1)对3进行求导，可得到：

抗剪强度包络线与莫尔圆具有相切的性质，则在切点处正应力n和剪应力满足以下关系式：

公式(4)对3展开求导，可得到n：

将公式(5)代入公式(4)，可得到：

则抗剪强度包络线的梯度为：

对公式(7)进行反正切函数计算即可得到内摩擦角的定量表征公式。

将公式(1)、(5)~(7)代入公式(2)即可得到该应力状态下内聚力c的定量表征公式为：

。

7.根据权利要求1所述的一种考虑围压效应的岩石抗剪强度参数定量表征方法，其特征在于，所述步骤(6)中，将岩石工程所处的地应力实测值代替公式(7)、(8)中的3，得到岩石在实际应力状态下的内摩擦角和内聚力。