[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

说明书

本发明公开了一种考虑围压效应的岩石抗剪强度参数定量表征方法，首先在岩石工程所处的岩体中取样，并制备成直径50mm、高度100mm的标准试样；其次开展常规三轴压缩试验，将试验结果绘制成三轴强度‑围压散点图；对散点图进行三阶多项式回归分析，获得岩石三轴强度关于围压的回归表达式；最后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，该公式可确定岩石在实际围压状态下的抗剪强度参数。本发明考虑了围压效应对岩石抗剪强度参数的影响，具有简单、可靠、普适性等优点，可用于确定岩石在实际地应力下的抗剪强度参数，为后续岩石工程的可靠性分析提供基础。

技术领域

本发明涉及一种考虑围压效应的岩石抗剪强度参数定量表征方法，属于岩石力学与工程领域。

背景技术

岩石抗剪强度参数(内聚力c和内摩擦角 )几乎是所有岩石工程稳定性分析和设计中的输入信息。该参数通常利用岩石常规三轴压缩强度试验和岩石抗剪强度试验进行测定。这两种室内岩石力学试验方法测定岩石抗剪强度参数的理论基础均是Mohr–Coulomb强度准则。大量试验结果表明岩石三轴强度和抗剪强度都具有明显的围压效应：三轴强度–围压关系曲线和抗剪强度–正应力关系曲线均呈上凸的非线性趋势，围压或侧限压力较低时该非线性较弱，可以近似为线性，而随着围压或侧限压力的增加，这种非线性关系明显增强。由于Mohr–Coulomb强度准则是一个线性准则，使得上述试验方法仅在低围压下可以确定唯一的c值和值，而在高围压下c值和值则随着围压3的增加发生改变，说明岩石抗剪强度参数在围压效应的影响下存在不确定性。岩石抗剪强度参数的这种不确定性为岩石工程稳定性评价与计算带来了新的挑战。在深部岩石工程中，岩石一般处于高地应力环境，且地应力通常存在范围分布，且具有分异性。因此，从考虑围压效应的角度研究岩石抗剪强度参数的定量表征方法对岩石工程可靠度分析具有重要的科学理论意义和实践指导价值。

发明内容

发明目的：提供一种考虑围压效应的岩石抗剪强度参数定量表征方法。

技术方案：一种考虑围压效应的岩石抗剪强度参数定量表征方法，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s₃为横坐标、岩石三轴强度s₁为纵坐标，获得s₁—s₃关系的散点图；

(4)对步骤(3)中的s₁—s₃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s₃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。

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。

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。

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。