一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法技术

本发明专利技术公开了一种能够准确快速判断岩体在水岩干湿循环状态下其强度弱化特性的方法。分别针对岩体及岩体结构面强度进行分析，利用岩体强度参数测试、岩体结构面形态三维扫描技术，数理统计，强度预测模型判定等方法，确定在经过不同循环次数后结构面岩体的强度参数变化。本技术方法具有快速高效的特点，从影响结构面岩体强度参数变化的影响因子出发，准确快速计算其强度参数的变化规律，针对某一地区受水岩循环影响岩体，该方法具有广泛的应用推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法
本专利技术涉及工程岩体力学性能分析
，具体涉及一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法。
技术介绍
在工程
，尤其是在水利水电工程领域，由于不同季节水库循环蓄水和排泄，导致库区岩体出现重复干、湿循环状态，进而导致库区岩体出现不同程度的物理力学强度参数弱化，这一过程严重影响库区边坡岩体稳定性，给水库安全运营带来巨大隐患。因此如何判断水库库区典型结构面岩体在不同水岩循环次数后的强度变化，尤其是岩体结构面强度参数的变化，是工程设计运营的关键。目前，关于岩体水岩循环中岩体强度弱化的相关技术，多是对水岩循环的试验设备进行了相关研发，进而实现对岩体进行水岩循环试验方式方法的优化，并没有形成一套统一的由试验到数据处理再到力学强度参数判断的方法，只是针对以上某一个步骤进行了改良。而结构面岩体往往是由岩体及岩体结构面两部分组成，而现有技术手段并没有关于岩体结构面在水岩循环下强度弱化的相关论述，更没有针对岩体结构面在水岩循环下强度快速判定的技术方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，从而快速高效地确定在经过不同循环次数后的岩体，尤其是结构面岩体的强度参数变化。本专利技术通过下述技术方案实现：一种水岩循环下工程岩体力性能分析方法，包括以下步骤：步骤1：获取岩体样本和水体样本；步骤2：加工所述岩体样本，获取标准试验样本；步骤3：烘干并测试所述标准试验样本，获取初始物理力学参数；步骤4：将所述标准试验样本分为N组，并从第1组到第N组，按照1～N递增的顺序依次对每一组标准试验样本进行编号，N为正整数；步骤5：取第n组标准试验样本，对所述第n组标准试验样本进行浸泡、烘干和测试，获取并记录当前物理力学参数值，对所述第n组标准试验样本进行n次循环试验，n＝1,2，……，N；步骤6：按照所述步骤5的方法，对除所述第n组标准试验样本外的其余各组标准试验样本进行试验，直至最后一组标准试验样本完成循环试验；步骤7：分析每一组标准试验样本的物理力学参数值，得出分析结论。作为对本专利技术的进一步描述，步骤1获取的岩体样本包括岩芯和岩体结构面，所述岩芯能够代表该区域多数岩体的风化状态，所述岩体结构面能够代表该区域内岩体结构面的风化状态及粗糙度特性；为了防止运输储存过程中容器对采集水体性状造成改变，可选用玻璃容器对岩体所处周边流域的地表水进行收集。作为对本专利技术的进一步描述，为获得标准试验样本，步骤2中，将采集到的岩芯加工成高为10cm，直径为5cm的标准岩体力学试验圆柱形试件；将岩体结构面试件表面切割成边长为10cm的正方形。作为对本专利技术的进一步描述，为获得标准试验样本，步骤2中，将采集到的岩芯加工成高为10cm，直径为5cm的标准岩体力学试验圆柱形试件；将岩体结构面试件表面切割成边长为10cm的正方形。作为对本专利技术的进一步描述，步骤3中，烘干标准试验样本的工序为，将标准试验样本放置于110℃的烘箱内烘干24小时；对烘干后的试验样本进行测试，获得的初始物理力学参数包括岩体密度ρ(0)、岩体单轴抗压强度σc(0)、岩体弹性模量E(0)、岩体泊松比μ(0)、岩体粘聚力c(0)、岩体内摩擦角岩体结构面基本摩擦角和岩体结构面表面初始形态参数Z2(0)。作为对本专利技术的进一步描述，步骤4中，针对于分组后的每一组标准试验样本中应保证单轴抗压强度圆柱形标准试件4个，抗剪强度圆柱形标准试件4个，用于抗压强度的4个试件可以同时测试密度、弹性模量、泊松比以及单轴抗压强度，而用于抗剪强度的4个试件可以用于测试岩体的内摩擦角以及粘聚力；此外，分组完成的实验样本中，至少存在4个明显差异表面形态的岩体结构面试件，从而，假设干湿循环次数为N次，则需要准备圆柱形试样至少8N个，而准备的具有明显粗糙程度差异的岩体结构面试样至少4个。作为对本专利技术的进一步描述，步骤5中，对标准试验样本进行浸泡的方法为，首先将每一组标准试验样本置于水槽中，将步骤1收集的地表水加入水槽中，直至水面到达所述标准试验样本高度的四分之一处，浸泡2小时，第二次加入所述地表水至水面到达标所述准试验样本高度的二分之一处，浸泡2小时后，第三次加入所述地表水至水面到达所述标准试验样本高度的四分之三处，浸泡2小时后，第四次加入所述地表水至水面完全浸没所述标准试验样本，浸泡24小时后取出，完成浸泡试验。作为对本专利技术的进一步描述，步骤5中，对标准试验样本进行烘干的方法为，首先将浸泡完成的标准试验样本放置于室内8小时，然后将标准试验样本放置于60℃烘箱内烘干24小时，24小时后取出试验样本，完成烘干试验。作为对本专利技术的进一步描述，步骤5中，对标准试验样本试验的方法为，对标准试验样本的密度进行测试，并利用波速仪获取岩体纵波波速，利用弹性模量仪获取循环后岩体的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度，利用直剪仪获取岩体结构面内摩擦角、粘聚力，利用倾斜摩擦板获取岩体结构面基本摩擦角，利用三维激光扫描仪获取岩体结构面形态参数。将循环N次后的岩体密度ρ(N)、岩体单轴抗压强度σc(N)、岩体弹性模量E(N)、岩体泊松比μ(N)、岩体粘聚力c(N)、岩体内摩擦角岩体结构面基本摩擦角和岩体结构面表面形态参数Z2(N)，N为当前循环次数。作为对本专利技术的进一步描述，步骤7中，对获取的每一组试验数据进行分析的方法为：(1)针对岩体物理力学参数利用得到的各项岩体物理力学参数的测试数据，将ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、与循环次数N的关系分别绘制成散点图，同时按照公式X(N)＝X(0)-a·ln(N+1)的形式，分别拟合出ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、与循环次数N的关系，获取各项岩体物理力学参数的拟合公式，式中，X(N)包括ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、X(0)表示初始物理力学参数，N表示浸泡、烘干实验次数，a为拟合系数。利用获取的岩体物理力学参数的拟合公式，分别计算ρ(N)、σc(N)、E(N)、μ(N)、c(N)、在任意循环次数下的弱化强度。(2)针对岩体结构面剪切强度参数利用得到的各项岩体结构面物理力学参数的测试数据，将和Z2(N)与循环次数N的关系分别绘制成散点图，同时按照公式和公式Z2(N)＝Z2(0)-a·ln(N+1)的形式，分别拟合出Z2(N)与循环次数N的关系，获取各项岩体结构面物理力学参数的拟合公式，式中，表示岩体结构面经过N次循环后的基本摩擦角值，Z2(N)表示岩体结构面表面形态在经过N次循环后的二阶导数均方根值，Z2(0)表示岩体结构面表面形态未经过水岩循环之初的二阶导数均方根值，N表示循环次数，a、b、c表示拟合系数。将得到的实验数据代入修正的Barton计算模型，获取经过水岩循环后修正的岩体结构面剪切强度；所述修正的Barton计算模型表达式为：式中，按照公式X(N)＝X(0)-a·ln(N+1)的计算结果，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：获取岩体样本和水体样本；/n步骤2：加工所述岩体样本，获取标准试验样本；/n步骤3：烘干并测试所述标准试验样本，获取初始物理力学参数；/n步骤4：将所述标准试验样本分为N组，并从第1组到第N组，按照1～N递增的顺序依次对每一组标准试验样本进行编号，N为正整数；/n步骤5：取第n组标准试验样本，对所述第n组标准试验样本进行浸泡、烘干和测试，获取并记录当前物理力学参数值，对所述第n组标准试验样本进行n次循环试验，n＝1,2，……，N；/n步骤6：按照所述步骤5的方法，对除所述第n组标准试验样本外的其余各组标准试验样本进行试验，直至最后一组标准试验样本完成循环试验；/n步骤7：分析每一组标准试验样本的物理力学参数值，得出分析结论。/n

【技术特征摘要】
1.一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：获取岩体样本和水体样本；
步骤2：加工所述岩体样本，获取标准试验样本；
步骤3：烘干并测试所述标准试验样本，获取初始物理力学参数；
步骤4：将所述标准试验样本分为N组，并从第1组到第N组，按照1～N递增的顺序依次对每一组标准试验样本进行编号，N为正整数；
步骤5：取第n组标准试验样本，对所述第n组标准试验样本进行浸泡、烘干和测试，获取并记录当前物理力学参数值，对所述第n组标准试验样本进行n次循环试验，n＝1,2，……，N；
步骤6：按照所述步骤5的方法，对除所述第n组标准试验样本外的其余各组标准试验样本进行试验，直至最后一组标准试验样本完成循环试验；
步骤7：分析每一组标准试验样本的物理力学参数值，得出分析结论。


2.根据权利要求1所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，
所述步骤1的岩体样本包括岩芯和岩体结构面，所述岩芯能够代表该区域多数岩体的风化状态，所述岩体结构面能够代表该区域内岩体结构面的风化状态及粗糙度特性；
所述步骤1利用玻璃容器对岩体所处周边流域的地表水进行收集。


3.根据权利要求2所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤2的加工岩体样本的方法包括：
将所述岩芯加工成高为10cm，直径为5cm的标准岩体力学试验圆柱形试件；
将所述岩体结构面试件表面切割成边长为10cm的正方形。


4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，
将所述步骤3所述获取初始物理力学参数的方法为：将所述步骤2所述的标准试验样本放置于110℃的烘箱内烘干24小时；
所述步骤3获取的初始物理力学参数包括，岩体密度ρ(0)、岩体单轴抗压强度σc(0)、岩体弹性模量E(0)、岩体泊松比μ(0)、岩体粘聚力c(0)、岩体内摩擦角岩体结构面基本摩擦角和岩体结构面表面初始形态参数Z2(0)。


5.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，
所述步骤4分组编号后的每一组标准试验样本至少包括4个单轴抗压强度圆柱形标准试件和4个抗剪强度圆柱形标准试件；
所述步骤4分组编号后的标准试验样本中，至少存在4个明显差异表面形态的岩体结构面试件。


6.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤5的浸泡方法为：
将每一组标准试验样本置于水槽中，用收集地表水浸泡；
浸泡开始时，加入所述地表水，至水面到达所述标准试验样本高度的四分之一处，浸泡2小时；
2小时后，第二次加入所述地表水，至水面到达标所述标准试验样本高度的二分之一处，浸泡2小时；
2小时后，第三次加入所述地表水，至水面到达所述标准试验样本高度的四分之三处，浸泡2小时；
2小时后，第四次加入所述地表水，至水面完全浸没所述标准试验样本，浸泡24小时；
24小时后取出所述标准试验样本，完成浸泡试验。


7.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种水岩循环下工程岩体力学性能分析方法，其特征在于，所述步骤6的烘干方法为：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹廷，王维，顾峰，王丽君，刘钊，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51