[发明专利]一种岩石节理动态刚度的获取方法

说明书

本发明涉及一种岩石节理动态刚度的获取方法，属于岩体测量技术领域，该方法包括如下过程：制备含有节理的岩石试样，对岩石试样开展单轴压缩试验，根据施加的压缩外荷载σsubgt;0/subgt;确定节理所在平面上的等效法向应力σsubgt;n/subgt;与等效切向应力σsubgt;t/subgt;；拍摄岩石在压缩过程中的图像并根据拍摄的图像确定岩石试验过程中的位移场与应变场；根据所述应变场确定节理的厚度，且沿着节理长度方向上选取若干个特征断面，确定特征断面上下边缘测点的位移，确定节理所在平面上的平均法向位移usubgt;n/subgt;和平均切向位移usubgt;t/subgt;；根据节理刚度计算公式确定节理的动态法向与切向刚度。

技术领域

本发明属于岩体测量技术领域，具体是涉及一种岩石节理动态刚度的获取方法。

背景技术

节理广泛存在于岩体中，岩石节理刚度是表征节理力学特性的重要参数之一。目前，节理刚度的获得主要通过现场试验与室内试验两种办法。现场试验通过人为制造振动监测节理两侧的振动波形，根据振动波形及相关假定计算节理刚度。但是现场试验方法影响因素多，试验条件不易控制，过程复杂，结果可靠性与精度较差。

室内试验则通过分别开展完整岩石与含节理岩石的压缩与直剪试验，综合完整试样与含节理试样的试验数据确定节理的法向与切向刚度，现有室内试验方法需要开展4次压缩与直剪试验才能获得节理的法向与切向刚度，且存在节理厚度无法确定、不能考虑法向与切向的耦合效应等问题。

发明内容

针对现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种岩石节理动态刚度的获取方法。

本发明实施例提供了一种岩石节理动态刚度的获取方法，该方法包括如下过程：制备含有节理的岩石试样，对岩石试样开展单轴压缩试验，根据施加的压缩外荷载σ₀确定节理所在平面上的等效法向应力σ_n与等效切向应力σ_t；

拍摄岩石在压缩过程中的图像并通过根据拍摄的图像确定节理试验过程中的应变变化梯度；

根据所述应变变化梯度确定节理的厚度，且沿着节理长度方向上选取若干个特征断面，确定特征断面上下边缘测点的位移，确定节理所在平面上的平均法向位移u_n和平均切向位移u_t；

根据节理刚度计算公式确定外荷载σ₀对应的节理动态法向与切向刚度。

进一步地，根据岩石试样内节理所处地应力水平确定节理面法向与试样所受加载力方向之间的夹角θ，根据所述夹角θ及岩石试样尺寸要求确定岩石试样的实际尺寸，根据目标粗糙度确定节理面形态。

进一步地，利用岩石动态伺服试验机对所述岩石试样进行单轴压缩试验，同时利用相机拍摄试验全过程中岩石试样的变形。

进一步地，所述岩石动态伺服试验机的加载速率根据地震应变速率与岩石试样被加载力的方向的尺寸确定，且相机的拍摄频率根据所述加载速率确定。

进一步地，取岩石试样施加外荷载的方向为y方向，取垂直于所述加载方向为x方向建立计算坐标系；根据岩石试样中特征点的大地坐标与图像中的坐标获得相机的相关参数；以压缩试验开始时刻拍摄的岩石试样照片为参考，由试验过程中的拍摄图像计算岩石试样表面的位移场与应变场。

进一步地，根据岩石试样应变变化梯度确定试验条件下节理厚度，同时沿岩石内节理长度方向取若干个特征断面，在每个特征断面处节理上下边缘选2个测点，计算每个测点处x与y方向的位移。

进一步地，取节理面法向与切向建立节理面局部坐标系n-t；取所有特征断面处节理法向位移与切向位移的平均值，根据坐标变换公式计算节理平均法向位移u_n与平均切向位移u_t。