一种基于卡萨格兰德法的岩石长期强度参数确定方法技术

本发明专利技术公开了一种基于卡萨格兰德法的岩石长期强度参数确定方法，首先由三轴蠕变试验结果绘制稳态环向应变率‑应力水平关系曲线，然后将稳态环向应变率‑应力水平关系曲线的上、下两部分直线段延伸组成一个角，作该角的角平分线，该角平分线与稳态环向应变率‑应力水平关系曲线交于第一交点，确定该第一交点为稳态环向应变率‑应力水平关系曲线的拐点；再基于卡萨格兰德法得到岩石的长期强度参数，实现曲线拐点选取明确、大幅降低数据误差的目的。本发明专利技术方法简单有效，有效改善了传统岩石长期强度确定方法定义的拐点不明确、误差大等缺点，本方法确定的长期强度参数值大小适中，可应用于岩石工程长期稳定性分析，为工程施工和长期运营提供参考。

A method for determining rock long-term strength parameters based on Casa Grande method

The invention discloses a method for determining the long-term strength of rock parameters based on Casa Grande method, first by the three axis creep test results draw steady circumferential strain curve should be stress level, then the steady circumferential strain rate relation curves between stress level of the upper and lower two parts to form a straight line extending angle and the angle bisector of the angle bisector and steady circumferential strain curve should be stress level relationship to the first node, the first node to determine the steady-state circumferential strain rate curve of stress level should be inflection point; then the long-term strength parameters of rock mass based on Casa Grande method, curve inflection point selection clearly, greatly reduce the error of data. The method is simple and effective, effectively improve the shortcomings of traditional definition inflection point method to determine long-term strength of rock is not clear, large error, long-term strength parameters of this method to determine the value of medium size, can be used to analyze the long term stability of rock engineering, provide a reference for engineering construction and long-term operation.

【技术实现步骤摘要】
一种基于卡萨格兰德法的岩石长期强度参数确定方法
本专利技术涉及一种岩石长期强度参数确定方法，特别是涉及一种基于卡萨格兰德法的岩石长期强度参数确定方法，属于岩石力学与工程

技术介绍
岩石的蠕变是指岩石的应力-应变-时间三者之间的相互关系，蠕变力学特性与岩土工程长期稳定性和安全性密切相关，是研究岩石力学特性不可忽略的重要性质之一。岩石典型的蠕变过程分为三个阶段：衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变阶段。当施加的荷载低于某一界限值时，岩石在该荷载的长期作用下只出现蠕变的前两个阶段，应变最终趋于稳定数值，岩石一般不会发生破坏；当施加的荷载超过界限值，在此荷载的长期作用下，由于应变的不断累积，岩石最终发生蠕变破坏，此界限荷载定义为岩石的长期强度。岩体工程的破坏多发生在工程运营期间，因此，对岩石长期强度参数的确定和研究对岩体工程的建设及其长期稳定性的评估具有重要的工程指导意义。岩石的长期强度与岩体工程的长期稳定性和安全性密切相关，其大小的确定一直是岩土工程领域较难的问题。常见的岩石长期强度参数确定的方法有2类：(1)绘制应力-应变等时曲线簇，由曲线的拐点确定长期强度；(2)根据稳态速率-应力水平的关系曲线，由曲线的拐点确定长期强度。这两类方法具有明显的局限性，当岩石蠕变特征不明显时，曲线拐点变得模糊，通过目测来确定其位置从而获得岩石的长期强度参数会导致一定程度的误差。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种基于卡萨格兰德法的岩石长期强度参数确定方法，实现曲线拐点选取明确、大幅降低数据误差的目的。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于卡萨格兰德法的岩石长期强度参数确定方法，包括以下步骤：1)制作试样；选取完整岩块，取得岩芯，对岩芯进行加工，制备得到圆柱形的岩石标准试样；2)三轴蠕变力学试验；对岩石标准试样进行设定围压下的三轴蠕变力学试验，获得三轴蠕变试验结果；其中，三轴蠕变试验结果包括各级偏应力值和各级稳态环向应变率值；3)由三轴蠕变试验结果绘制稳态环向应变率-应力水平关系曲线；将各级偏应力值作为横坐标，各级稳态环向应变率值作为纵坐标，绘制于平面直角坐标系上；用函数对数据进行拟合，得到稳态环向应变率-应力水平关系曲线；4)确定稳态环向应变率-应力水平关系曲线的拐点；将稳态环向应变率-应力水平关系曲线的上、下两部分直线段延伸组成一个角，作该角的角平分线，该角平分线与稳态环向应变率-应力水平关系曲线交于第一交点，确定该第一交点为稳态环向应变率-应力水平关系曲线的拐点；5)基于卡萨格兰德法得到岩石的长期强度参数；通过拐点向右和斜下方分别做平行于横坐标的水平线和朝向横坐标延伸的稳态环向应变率-应力水平关系曲线的切线，该水平线和该切线于拐点处组成两线夹角，再作出两线夹角的角平分线，将稳态环向应变率-应力水平关系曲线的下部分直线段向右延伸而与两线夹角的角平分线交于第二交点，确定该第二交点的横坐标所对应的偏应力值为岩石的长期强度参数。本专利技术进一步设置为：所述岩石标准试样的尺寸为直径50mm、高100mm。本专利技术进一步设置为：所述三轴蠕变力学试验通过全自动三轴流变伺服仪进行。本专利技术进一步设置为：所述三轴蠕变力学试验采用单级加载或多级逐级加载的加载方式。本专利技术进一步设置为：所述三轴蠕变力学试验采用多级逐级加载的加载方式时，试验中的每级偏应力增量依据常规瞬时三轴压缩试验结果确定，蠕变极限偏应力的大小确定为瞬时峰值强度的60％～90％，施加的第一级偏应力荷载为瞬时峰值强度的40％～50％；在多级逐级加载的过程中，逐级增加每级偏应力增量，当偏应力荷载达到或接近确定的蠕变极限偏应力时，逐级减少每级偏应力增量；每级偏应力增量的施加方式采用0.1cm3/min，每级流变荷载蠕变时间由岩石的轴向应变率来确定。本专利技术进一步设置为：所述步骤3)中的用函数对数据进行拟合，得到稳态环向应变率-应力水平关系曲线，具体为，分别用指数函数和幂函数对数据进行拟合，选取拟合相关系数大于拟合函数相关系数阈值的函数所拟合得到的拟合曲线作为稳态环向应变率-应力水平关系曲线。本专利技术进一步设置为：所述拟合函数相关系数阈值为0.9。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果是：本专利技术首先由三轴蠕变试验结果绘制稳态环向应变率-应力水平关系曲线，然后将稳态环向应变率-应力水平关系曲线的上、下两部分直线段延伸组成一个角，作该角的角平分线，该角平分线与稳态环向应变率-应力水平关系曲线交于第一交点，确定该第一交点为稳态环向应变率-应力水平关系曲线的拐点；再基于卡萨格兰德法得到岩石的长期强度参数，实现曲线拐点选取明确、大幅降低数据误差的目的。其中，采用稳态环向应变率-应力水平关系曲线，其较稳态轴向应变率-应力水平关系曲线更精确，因为环向蠕变曲线比轴向蠕变曲线更加敏感，环向蠕变曲线的加速蠕变起始时间早于轴线蠕变曲线；更重要的是，稳态环向应变率-应力水平关系曲线后阶段包含数据点较少，一个数据点有问题，对拟合曲线的后阶段的走势产生较大的影响，但是本专利技术采用基于卡萨格兰德法得到岩石的长期强度参数，具体体现在将稳态环向应变率-应力水平关系曲线的下部分直线段向右延伸而与两线夹角的角平分线交于第二交点，确定该第二交点的横坐标所对应的偏应力值为岩石的长期强度参数，从而实现减少对应力较大对应的曲线后阶段的依赖、以及降低因为后阶段曲线所含数据点少带来的误差，取得良好效果。上述内容仅是本专利技术技术方案的概述，为了更清楚的了解本专利技术的技术手段，下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。附图说明图1为采用本专利技术方法的实施例1确定稳态环向应变率-应力水平关系曲线的拐点的示意图；图2为采用本专利技术方法的实施例1确定岩石的长期强度参数的示意图；图3为采用传统稳态速率法的实施例2确定岩石的长期强度参数的示意图；图4为采用传统应力-应变等时曲线法的实施例3确定岩石的长期强度参数的示意图。具体实施方式下面结合说明书附图，对本专利技术作进一步的说明。实施例1：本专利技术提供一种基于卡萨格兰德法的岩石长期强度参数确定方法，包括以下步骤：1)制作试样；选取一块完整无缺陷的红砂岩岩块，用取芯机钻取岩芯，对岩芯进行加工，制备得到直径50mm、高100mm的圆柱形的岩石标准试样。2)三轴蠕变力学试验；通过全自动三轴流变伺服仪，采用多级逐级加载的加载方式，对岩石标准试样进行6MPa设定围压下的三轴蠕变力学试验，获得三轴蠕变试验结果；其中，三轴蠕变试验结果包括各级偏应力值和各级稳态环向应变率值。三轴蠕变力学试验的加载方式还有单级加载，鉴于单级加载方式需要多台流变伺服仪进行长时间的蠕变试验，所耗费的时间和费用比较多，因此实际试验过程中很少被采用。采用多级逐级加载的加载方式时，实验室温度控制在20度左右，以避免温度对蠕变试验的影响。本实施案例所用红砂岩岩性较软，每级荷载蠕变的时间为48h。在多级逐级加载的过程中，逐级增加每级偏应力增量，当偏应力荷载达到或接近确定的蠕变极限偏应力时，逐级减少每级偏应力增量，以避免由于偏应力荷载的施加而导致岩样破坏；当加载到最后一级偏应力等于34.3MPa时，红砂岩试样经过15.9h后发生破坏。3)由三轴蠕变试验结果绘制稳态环向应变率-应力水平关系曲线；三轴蠕变试验结果涉及的红砂岩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于卡萨格兰德法的岩石长期强度参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：1）制作试样；选取完整岩块，取得岩芯，对岩芯进行加工，制备得到圆柱形的岩石标准试样；2）三轴蠕变力学试验；对岩石标准试样进行设定围压下的三轴蠕变力学试验，获得三轴蠕变试验结果；其中，三轴蠕变试验结果包括各级偏应力值和各级稳态环向应变率值；3）由三轴蠕变试验结果绘制稳态环向应变率‑应力水平关系曲线；将各级偏应力值作为横坐标，各级稳态环向应变率值作为纵坐标，绘制于平面直角坐标系上；用函数对数据进行拟合，得到稳态环向应变率‑应力水平关系曲线；4）确定稳态环向应变率‑应力水平关系曲线的拐点；将稳态环向应变率‑应力水平关系曲线的上、下两部分直线段延伸组成一个角，作该角的角平分线，该角平分线与稳态环向应变率‑应力水平关系曲线交于第一交点，确定该第一交点为稳态环向应变率‑应力水平关系曲线的拐点；5）基于卡萨格兰德法得到岩石的长期强度参数；通过拐点向右和斜下方分别做平行于横坐标的水平线和朝向横坐标延伸的稳态环向应变率‑应力水平关系曲线的切线，该水平线和该切线于拐点处组成两线夹角，再作出两线夹角的角平分线，将稳态环向应变率‑应力水平关系曲线的下部分直线段向右延伸而与两线夹角的角平分线交于第二交点，确定该第二交点的横坐标所对应的偏应力值为岩石的长期强度参数。...

【技术特征摘要】
1.一种基于卡萨格兰德法的岩石长期强度参数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：1）制作试样；选取完整岩块，取得岩芯，对岩芯进行加工，制备得到圆柱形的岩石标准试样；2）三轴蠕变力学试验；对岩石标准试样进行设定围压下的三轴蠕变力学试验，获得三轴蠕变试验结果；其中，三轴蠕变试验结果包括各级偏应力值和各级稳态环向应变率值；3）由三轴蠕变试验结果绘制稳态环向应变率-应力水平关系曲线；将各级偏应力值作为横坐标，各级稳态环向应变率值作为纵坐标，绘制于平面直角坐标系上；用函数对数据进行拟合，得到稳态环向应变率-应力水平关系曲线；4）确定稳态环向应变率-应力水平关系曲线的拐点；将稳态环向应变率-应力水平关系曲线的上、下两部分直线段延伸组成一个角，作该角的角平分线，该角平分线与稳态环向应变率-应力水平关系曲线交于第一交点，确定该第一交点为稳态环向应变率-应力水平关系曲线的拐点；5）基于卡萨格兰德法得到岩石的长期强度参数；通过拐点向右和斜下方分别做平行于横坐标的水平线和朝向横坐标延伸的稳态环向应变率-应力水平关系曲线的切线，该水平线和该切线于拐点处组成两线夹角，再作出两线夹角的角平分线，将稳态环向应变率-应力水平关系曲线的下部分直线段向右延伸而与两线夹角的角平分线交于第二交点，确定该第二交点的横坐标所对应的偏应力值为岩石的长期强度参数。2.根据权利要求1所述的一种基于卡萨格兰德法的岩石长期强度参数确定方法，其特征在于：所述岩石标准试样的尺寸为直...

【专利技术属性】
技术研发人员：王伟，冯晓伟，王如宾，袁双双，朱其志，谈小龙，石崇，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32