基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法，包括获取待检测岩石的样本并加工得到待测标准岩石试样；进行单轴压缩试验得到对应的轴向应力值

【技术实现步骤摘要】
基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法


[0001]本专利技术属于土木工程
，具体涉及一种基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法。

技术介绍

[0002]随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，土木工程项目在建设过程中的安全性也越来越受到全社会的关注。
[0003]在土木工程项目的建设过程中，岩石的损伤破坏是其中的一个重要影响要素。岩石的损伤破坏过程可以分为以下几个阶段：裂纹闭合压密阶段、线弹性变形阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹不稳定扩展阶段和峰后变形阶段；对应的，相邻两个阶段所对应的特征应力分别为裂纹压密应力、裂纹起裂应力、损伤应力和峰值应力(强度)。其中，岩石的裂纹压密应力阈值和岩石的损伤应力阈值是两个关键指标；裂纹压密应力阈值在一定程度上可以为岩土工程设计提供指导；损伤应力阈值则常被用做岩石失稳破坏的预警值，是岩石渐进破裂过程中的重要应力指标。因此，确定岩石的裂纹压密应力阈值和损伤应力阈值，对于指导岩土工程设计、施工及稳定性评价等后续工作，均具有重要意义。
[0004]目前，现有的技术方案，采用耗能比作为确定损伤应力的指标，使用分级循环加卸载试验，获得耗能比数据；该方案因采用实验数据，因此计算结果准确可靠。但是，现有技术依旧存在部分缺陷：该方案在压密应力的确定上，以岩石起裂应力为起点沿着分级循环加卸载轴向应力
‑
应变曲线外包络线向坐标原点作直线，并以该直线偏离外包络线位置对应的应力值为岩石裂纹闭合应力σ
cc
；但是该过程具有明显的人为主观因素影响，而且无法简单进行岩石试样应力阈值计算的批量化处理；2)使用分级循环加卸载试验，操作过程比较复杂繁琐，而且分级循环加卸载试验的峰前卸载点要求不少于9个，会存在因应变数据测量不准确不同步等带来的识别结果误差。因此，现有技术存在主观性强，可靠性和精确性均较差的缺陷。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种客观性好，而且精确可靠的基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法。
[0006]本专利技术提供的这种基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法，包括如下步骤：
[0007]S1.获取待检测岩石的样本，并加工得到待测标准岩石试样；
[0008]S2.对步骤S1获取的待测标准岩石试样，进行单轴压缩试验并记录试验过程中的轴向应变和轴向应力值，从而得到对应的轴向应力值
‑
轴向应变曲线；
[0009]S3.根据步骤S2得到的轴向应力值
‑
轴向应变曲线，计算待检测岩石的应变能密度、弹性能密度和塑性能密度；
[0010]S4.根据步骤S3的计算结果，计算待检测岩石的标准化弹塑性能量差值和累加标
准化弹塑性能量差值，并得到对应的标准化弹塑性能量差值
‑
轴向应变曲线和累加标准化弹塑性能量差值
‑
轴向应变曲线；
[0011]S5.根据步骤S4得到的标准化弹塑性能量差值
‑
轴向应变曲线，确定待检测岩石的损伤应力阈值；
[0012]S6.根据步骤S4得到的累加标准化弹塑性能量差值
‑
轴向应变曲线，确定对应的累加标准化弹塑性能量差值参考线；
[0013]S7.根据步骤S6得到的累加标准化弹塑性能量差值参考线，计算累加能量分配比差值，从而得到累加能量分配比差值
‑
轴向应变曲线；
[0014]S8.根据步骤S7得到的累加能量分配比差值
‑
轴向应变曲线，确定待检测岩石的裂纹压密应力阈值，完成待检测岩石的应力阈值计算。
[0015]步骤S1所述的获取待检测岩石的样本，并加工得到待测标准岩石试样，具体包括如下步骤：
[0016]获取待检测岩石的样本；所述样本包括钻孔岩芯或岩块中的任一种原料；
[0017]钻取过程：使用取芯机，在待检测岩石中钻取直径为50mm，高度大于100mm的岩芯样本；
[0018]切割过程：采用切割机，在钻取的岩芯样本中进行切割，得到直径为50mm，高度为100mm的圆柱体粗岩石试样；
[0019]打磨过程：使用磨石机，对切割后的圆柱体粗岩石试样进行端面打磨处理，使试样的上下端面的平行度公差小于或等于0.1mm，从而得到直径为50mm，高度为100mm的待测标准岩石试样。
[0020]步骤S2所述的对步骤S1获取的待测标准岩石试样，进行单轴压缩试验并记录试验过程中的轴向应变和轴向应力值，从而得到对应的轴向应力值
‑
轴向应变曲线，具体为对步骤S1获取的待测标准岩石试样，进行单轴压缩试验并记录试验过程中的轴向应变ε和轴向应力值σ，从而得到对应的轴向应力值
‑
轴向应变ε
‑
σ曲线。
[0021]步骤S3所述的根据步骤S2得到的轴向应力值
‑
轴向应变曲线，计算待检测岩石的应变能密度、弹性能密度和塑性能密度，具体包括如下步骤：
[0022]待检测岩石的应变能密度U为轴向应力值
‑
轴向应变ε
‑
σ曲线下的面积；在应力水平σ
i
下，应变能密度U
i
为其中ε为轴向应变，σ为轴向应力值，ε
j
为轴向应变的第j个值，σ
j
为轴向应力值的第j个值；
[0023]待检测岩石的弹性能密度U
e
为其中E
u
为曲线上各点的卸载模量，E0为试样的杨氏模量；
[0024]待检测岩石的塑性能密度U
d
为U
d
＝U
‑
U
e
。
[0025]步骤S4所述的根据步骤S3的计算结果，计算待检测岩石的标准化弹塑性能量差值和累加标准化弹塑性能量差值，并得到对应的标准化弹塑性能量差值
‑
轴向应变曲线和累加标准化弹塑性能量差值
‑
轴向应变曲线，具体包括如下步骤：
[0026]计算待检测岩石的标准化弹塑性能量差值C
ED
为其中U
e
为待检测岩石的弹性能密度，U
d
为待检测岩石的塑性能密度，U为待检测岩石的应变能密度；
[0027]得到对应的标准化弹塑性能量差值
‑
轴向应变C
ED
‑
ε曲线；
[0028]计算待检测岩石的累加标准化弹塑性能量差值AC
ED
为AC
ED
＝∑C
ED
；
[0029]得到对应的累加标准化弹塑性能量差值
‑
轴向应变曲线AC
ED
‑
ε曲线。
[0030]步骤S5所述的根据步骤S4得到的标准化弹塑性能量差值
‑
轴向应变曲线，确定待检测岩石的损伤应力阈值，具体包括如下步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法，包括如下步骤：S1.获取待检测岩石的样本，并加工得到待测标准岩石试样；S2.对步骤S1获取的待测标准岩石试样，进行单轴压缩试验并记录试验过程中的轴向应变和轴向应力值，从而得到对应的轴向应力值
‑
轴向应变曲线；S3.根据步骤S2得到的轴向应力值
‑
轴向应变曲线，计算待检测岩石的应变能密度、弹性能密度和塑性能密度；S4.根据步骤S3的计算结果，计算待检测岩石的标准化弹塑性能量差值和累加标准化弹塑性能量差值，并得到对应的标准化弹塑性能量差值
‑
轴向应变曲线和累加标准化弹塑性能量差值
‑
轴向应变曲线；S5.根据步骤S4得到的标准化弹塑性能量差值
‑
轴向应变曲线，确定待检测岩石的损伤应力阈值；S6.根据步骤S4得到的累加标准化弹塑性能量差值
‑
轴向应变曲线，确定对应的累加标准化弹塑性能量差值参考线；S7.根据步骤S6得到的累加标准化弹塑性能量差值参考线，计算累加能量分配比差值，从而得到累加能量分配比差值
‑
轴向应变曲线；S8.根据步骤S7得到的累加能量分配比差值
‑
轴向应变曲线，确定待检测岩石的裂纹压密应力阈值，完成待检测岩石的应力阈值计算。2.根据权利要求1所述的基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法，其特征在于步骤S1所述的获取待检测岩石的样本，并加工得到待测标准岩石试样，具体包括如下步骤：获取待检测岩石的样本；所述样本包括钻孔岩芯或岩块中的任一种原料；钻取过程：使用取芯机，在待检测岩石中钻取直径为50mm，高度大于100mm的岩芯样本；切割过程：采用切割机，在钻取的岩芯样本中进行切割，得到直径为50mm，高度为100mm的圆柱体粗岩石试样；打磨过程：使用磨石机，对切割后的圆柱体粗岩石试样进行端面打磨处理，使试样的上下端面的平行度公差小于或等于0.1mm，从而得到直径为50mm，高度为100mm的待测标准岩石试样。3.根据权利要求2所述的基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法，其特征在于步骤S2所述的对步骤S1获取的待测标准岩石试样，进行单轴压缩试验并记录试验过程中的轴向应变和轴向应力值，从而得到对应的轴向应力值
‑
轴向应变曲线，具体为对步骤S1获取的待测标准岩石试样，进行单轴压缩试验并记录试验过程中的轴向应变ε和轴向应力值σ，从而得到对应的轴向应力值
‑
轴向应变ε
‑
σ曲线。4.根据权利要求3所述的基于加载过程中能量分异的岩石材料应力阈值计算方法，其特征在于步骤S3所述的根据步骤S2得到的轴向应力值
‑
轴向应变曲线，计算待检测岩石的应变能密度、弹性能密度和塑性能密度，具体包括如下步骤：待检测岩石的应变能密度U为轴向应力值
‑
轴向应变ε
‑
σ曲线下的面积；在应力水平σ
i
下，应变能密度U
i
为其中ε为轴向应变，σ为
轴向应力值，ε
j
为轴向应变的第j个值，σ
j
为轴向应力值的第j个值；待检测岩石的弹性能密度U
e
为其中E
u
为曲线上各点的卸载模量，E0为试样的杨氏模量；待检测岩石的塑性能密度U
d
为U
d
＝U
...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡鑫，王培宇，周子龙，袁航，王少锋，张金坤，赵聪聪，李嘉，程传清，郑翱，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：