一种深埋硬岩力学参数变化规律与取值的测定方法

摘要

本发明所设计的一种深埋硬岩力学参数变化规律与取值的测定方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种深埋硬岩力学参数变化规律与取值的测定方法，该测定方法采用有围压情况下轴向应力全过程循环加卸载试验来完成，主要用于解决深埋硬岩地下洞室围岩损伤区岩石力学参数的变化规律与取值的测定技术问题，能有效获得的开挖损伤区岩石力学参数的变化规律，并测得岩石力学参数在不同变化阶段的量值。

主权项

一种深埋硬岩力学参数变化规律与取值的测定方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：在现场钻取深埋硬岩岩芯，并将硬岩岩芯加工成圆柱形岩样；步骤2：对上述圆柱形岩样进行三轴加载测试，并设定三轴加载测试中的围压预定值，从而获得圆柱形岩样在不同围压预定值时的峰值强度；步骤301，将步骤1得到的圆柱形岩样安装在伺服控制岩石刚性试验机上，在该圆柱形岩样上安装轴向位移传感器和环向位移传感器，并能保证实时传输数据；步骤302，控制伺服控制岩石刚性试验机，对圆柱形岩样进行轴向应力全过程循环加卸载测试，测试中在到达岩样峰值强度之前，伺服控制岩石刚性试验机的加载阶段按位移控制模式控制，卸载阶段采用轴向应力控制，当圆柱形岩样的轴向应力大于等于圆柱形岩样峰值强度的80～90％时，卸载阶段采用位移控制，加载阶段也采用位移控制；步骤303，设定上述轴向应力全过程循环加卸载测试的循环次数和方式，其中轴向应力全过程循环加卸载试验的循环次数为15～20次，每次卸载时，轴向偏应力卸载至0.1MPa，然后开始加载，确保试验过程的连续性和完整性；步骤304，施加围压至某一预定值，保持围压不变，对圆柱形岩样进行轴向应力全过程循环加卸载测试，其中在圆柱形岩样峰前峰值强度的30％、40％、50％、60％和70％各进行一次循环加卸载，峰值强度的80％、85％、90％、95％和100％各进行一次循环加卸载，圆柱形岩样峰值的峰后下降段进行4～6次循环加卸载，圆柱形岩样峰值的峰后残余强度段进行3～4次循环加卸载，记录下围压、每个加卸载循环最大轴向应力、轴向位移和侧向位移参数；步骤401，根据弹性模量泊松比体积模量剪切模量计算上述每次循环加卸载岩石变形参数值，其中，Δσ₁、Δε₁、Δε₃分别代表上述每次循环加卸载的加载部分中每相隔5～10MPa一段的轴向应力增量、轴向应变增量和侧向应变增量；Δσ_m、Δε_m、Δτ₈、Δγ₈分别代表上述每次循环加卸载的加载部分中每相隔5～10MPa一段的平均正应力增量、平均正应变增量、八面体剪应力增量和八面体剪应变增量；从上述轴向应力全过程循环加卸载测试中得到圆柱形岩样的轴向塑性应变ε₁^p和侧向塑性应变ε₃^p，然后根据广义塑性应变公式计算每次循环加卸载的广义塑性应变；将每次循环加卸载获得的弹性模量泊松比体积模量和剪切模量参数与相对应的广义塑性应变分别绘制成曲线图，通过上述曲线图得到这些变形参数与广义塑性应变的变化规律，并可得到相应弹性模量、泊松比、体积模量和剪切模量的取值；步骤402，将不同围压下与广义塑性应变相对应的每个加卸载循环最大轴向应力绘制成曲线图，采用插值方法获得不同围压下相同广义塑性应变所对应的每个加卸载循环最大轴向应力，并采用摩尔‑库伦屈服准则，回归得到该广义塑性应变对应的粘聚力c和内摩擦角值，增加广义塑性应变值，逐次类推，可得到多组不同广义塑性应变所对应的粘聚力c和内摩擦角值，将粘聚力c和内摩擦角值与相对应的广义塑性应变分别绘制成曲线图，通过该曲线描述粘聚力c和内摩擦角与广义塑性应变的变化规律，并得到相应粘聚力c和内摩擦角的取值；所述步骤302中，测试中在到达岩样峰值强度之前，伺服控制岩石刚性试验机的加载阶段按位移控制模式控制，其加载的位移速率为0.001mm/s，卸载阶段采用轴向应力控制，卸载应力速率为0.1MPa/s；当圆柱形岩样的轴向应力大于等于圆柱形岩样峰值强度的80～90％时，卸载阶段采用位移控制，卸载速率为0.01mm/s，加载阶段也采用位移控制，加载速率为0.01mm/s；所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1，在进行轴向应力全过程循环加卸载试验之前，根据实测或反演获得的工程区域地应力量值，设计至少4种围压预定值，每种围压所需岩样为3～5个，便于利用摩尔‑库伦屈服准则获得圆柱形岩样的粘聚力和内摩擦角等两个强度参数；步骤2.2，根据设定的围压，进行不同围压下圆柱形岩样的常规三轴加载试验，获的圆柱形岩样在不同围压预定值时的峰值强度，以便确定轴向应力全过程循环加卸载测试时每次卸载开始时的轴向应力量值。