[发明专利]基于四参数试验确定岩石变形破坏宏细观全过程的方法

说明书

本发明公开了一种基于四参数试验确定岩石变形破坏宏细观全过程的方法，先获得压缩试验中试样的声发射数据和变形数据，接着根据有限变形理论对变形数据进行计算，得出每一应力水平下的平均整旋角θ；采用G‑P算法对声发射数据进行计算，得出声发射信号的时间分维数D_T，根据空间投影法计算空间分维数D_S；压缩试验完成后，通过SEM扫描电镜试验获得破裂面细观形貌，并计算得出破裂面分形维数D_A；最后根据获得的每一应力水平下声发射时间分维数D_T、声发射空间分维数D_S和破裂面分形维数D_A与同一应力水平下的平均整旋角θ进行综合分析，得出θ与D_T、D_S、D_A的数学趋势关系，从而建立岩石变形破坏全过程的宏细观之间的定量关系。

技术领域

本发明涉及一种确定岩石变形破坏的方法，具体是一种基于四参数试验确定岩石变形破坏宏细观全过程的方法。

背景技术

目前，矿山、地下空间、隧道及堤坝等岩石工程普遍存在岩石蠕变失稳破坏现象，并且随着岩石工程服务年限的增加，很容易出现岩石蠕变失稳破坏，造成岩体或上覆建筑坍塌，对人们生命及岩石工程安全形成巨大的威胁。

岩石蠕变是指岩石在外部恒定载荷作用下变形随时间缓慢增长的现象，这种变形过程会造成岩石发生较大的延迟应变，随着时间的变化岩石最终形成岩石变形破坏，在变形破坏过程中，岩石会存在宏观破坏及细观结构变化。岩石变形破坏在矿山、地下空间、隧道及堤坝等工程中备受关注的问题。由于岩石变形破坏十分复杂，要揭示其机理，必须从宏细观两个角度共同分析，建立宏观破坏过程与细观结构变化之间的桥梁，然而，目前宏、细观参数独立测量、分析，并没有建立联系。因此如何提供一种方法能建立岩石变形破坏全过程的宏细观之间的定量关系，为后续研究提供理论支撑，是本行业的研究方向。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于四参数试验确定岩石变形破坏宏细观全过程的方法，能建立岩石变形破坏全过程的宏细观之间的定量关系，为后续研究提供理论支撑。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于四参数试验确定岩石变形破坏宏细观全过程的方法，具体步骤为：

A、首先对需测试的工程岩体取样，将取样后的岩体进行试样加工，制作成圆柱体试样；

B、将圆柱体试样放置到压缩试验系统中的试验机上，并将变形传感器和声发射探头贴在圆柱体试样表面，然后开始压缩试验，在压缩试验进行的同时，通过声发射探头收集声发射数据，通过变形传感器收集圆柱体试样表面的变形数据；

C、根据有限变形理论，对步骤B收集到的变形数据进行计算，得出每一应力水平下能够表征材料宏观变形特性的参量—平均整旋角θ，具体为：

其中，为变形梯度；正交变换为旋转张量；而对称变换为应变张量，表达式如下：

试验测量时应变分量是基于小变形理论计算得出的，即：

式中，uⁱ|_j为位移协变导数，为小变形应变；

结合小变形应变分量和有限变形应变分量能得到：

式中，为转轴方位张量；

根据胡克定律，一维弹性无损的本构方程为

σ＝ES (5)

由式(4和式(5)可得：

上式中σ为应力；