基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法，先将岩块加工成圆柱形岩石试样，进行单轴压缩试验直至破坏得到其应力应变曲线，以轴向应力峰值作为单轴抗压强度；以相同加载速率对另一试样进行单轴压缩分级加卸载试验，得试样的分级加卸载应力应变曲线并依此确定各级加卸载峰值点；确定各级加卸载响应比并绘制加卸载响应比随轴向应变的变化曲线，进而确定岩石试样的加卸载响应比起变点；然后计算起变点与岩石试样峰值强度点之间的滞后时间T1和初始加载点至岩石试样达到峰值强度点的时间T2，依据TR＝T1/T2计算计算滞后比TR并依此判断岩石试样岩爆倾向性等级。解决了岩石开挖发生岩爆引发安全事故的问题。

Classification of Rockburst Tendency Based on Loading-unloading Response Hysteresis Ratio Index

【技术实现步骤摘要】
基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法本申请要求于2019年2月2日提交中国专利局、申请号为201910108060.8、申请名称为“一种基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本专利技术属于岩爆倾向性等级判别
，特别是涉及一种基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法。
技术介绍
岩爆是深部岩石工程开挖过程中经常遇到的一种动力破坏现象。岩爆在矿山深部开采、轨道交通、水利水电等岩土工程中屡见不鲜。岩爆发生时，经常会出现岩片弹射、迸射甚至爆裂等现象，给现场施工人员、设备等安全带来了很大威胁。岩爆倾向性研究已经成为深部岩石动力学的重要课题。岩石作为岩爆灾害发生的承载体，其本身的弹脆性及储能特性是引发岩爆的主要内在因素。为此，如何判断岩石是否具有岩爆倾向性成为预防岩爆灾害研究中的关键问题之一。加卸载响应比(Load-UnloadResponseRatio，LURR)理论是一种研究岩石或岩体非线性破坏前兆和破坏预报的理论。目前，加卸载响应比理论已在地震、滑坡等非线性系统失稳预测中取得了一系列进展。对于岩石试样受压破坏问题，随着加载力的提高，当加载到后期阶段时(加载力大于60％峰值强度)，试样会由弹性变形阶段向裂隙发生和扩展阶段转化。因此，可基于加卸载响应比判别岩石裂变情况
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法，对岩爆倾向性等级进行预报，以解决深部岩石工程开挖过程中发生岩爆造成现场施工人员、设备发生安全事故的问题。本专利技术所采用的技术方案是，基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法，具体步骤如下：步骤S1、现场取样，将取得的岩块加工成圆柱形岩石试样；步骤S2、进行单轴压缩试验，加载圆柱形岩石试样直至破坏，得到其应力应变曲线；步骤S3、以圆柱形岩石试样的轴向应力的峰值作为其单轴抗压强度σc；步骤S4、以与步骤S2相同的加载速率对相同规格的另一圆柱形岩石试样进行单轴压缩分级加卸载试验直至试样破坏，获得该岩石试样的分级加卸载应力应变曲线；步骤S5、依据分级加卸载应力应变曲线确定岩石试样的各级加卸载峰值点，并拟合出每级加卸载试验的加载段和卸载段数据点的斜率；步骤S6、依据每级加卸载试验的加载段和卸载段数据点的斜率确定各级加卸载响应比，并绘制加卸载响应比随轴向应变的变化曲线；步骤S7、依据各级加卸载响应比随轴向应变的变化曲线确定岩石试样的加卸载响应比起变点；步骤S8、计算加卸载响应比起变点与岩石试样峰值强度点之间的滞后时间T1和初始加载点至岩石试样达到峰值强度点的时间T2；步骤S9、根据公式TR＝T1/T2计算加卸载响应滞后比TR；步骤S10、根据加卸载响应滞后比TR的值判断岩石试样岩爆倾向性等级。进一步的，所述步骤S4的单轴压缩分级加卸载试验，首先加载至单轴抗压强度σc的4％，然后卸载到0，作为第1级载荷；然后加载至单轴抗压强度σc的8％，卸载至单轴抗压强度σc的4％，作为第2级载荷；每级加载强度较前一级增加单轴抗压强度σc的4％，每级卸载强度为前一级的加载强度，逐级加卸载直至岩石试样破坏。进一步的，所述步骤S5是以各级加卸载峰值点为上限，在每级加卸载峰值点前的加载段和其后的卸载段分别取1MPa长度的数据点，然后利用最小二乘拟合法来拟合出各级加卸载试验的加载段数据点的斜率、卸载段数据点的斜率。进一步的，所述步骤S6每级加卸载试验的卸载段数据点的斜率与其加载段数据点的斜率的比值即为每级加卸载响应比。进一步的，所述步骤S6绘制加卸载响应比随轴向应变的变化曲线，是在每个分级加卸载应力应变曲线的基础上，将其每级峰值点的纵坐标替换为该级的加卸载响应比值，得到各级加卸载响应比-轴向应变点，然后将所有加卸载响应比-轴向应变点依次连接即可形成每个圆柱形岩石试样的加卸载响应比随轴向应变的变化曲线。进一步的，所述步骤S7具体是：步骤S71、计算加卸载响应比随轴向应变的变化曲线中相邻两级加卸载响应比值的差值，计算公式如下：ΔLURRi→i-1＝LURRi-LURRi-1,i≥2；其中，ΔLURRi→i-1表示第i级加卸载响应比值与第i-1级加卸载响应比值的差值，LURRi为第i级加卸载响应比值，LURRi-1为第i-1级加卸载响应比值；步骤S72、依据加卸载响应比随轴向应变的变化曲线中，岩石试样单轴抗压强度σc的60％之后对应的ΔLURRi→i-1确定加卸载响应比起变点，若在岩石试样60％峰值强度之后对应的ΔLURRi→i-1中，有连续三个ΔLURRi→i-1值为正，即表明岩石加卸载响应比值出现逐级上升现象，则确定这三个连续的ΔLURRi→i-1值中的第一个ΔLURRi→i-1对应的第i-1级的加卸载响应比-轴向应变点为起变点。进一步的，所述步骤S10中，当TR＞0.25时，岩石材料无岩爆倾向；当0.20＜TR≤0.25时，岩石材料有轻微岩爆倾向；当0.15＜TR≤0.20时，岩石材料有中等岩爆倾向；当TR≤0.15时，岩石材料有强岩爆倾向。进一步的，所述步骤S1中圆柱形岩石试样直径为48-52mm、长度为直径的1.8～2.2倍。进一步的，所述步骤S2中单轴压缩试验在电液伺服材料试验机上进行，加载速率为12KN/min。本专利技术的有益效果是，建立了以加卸载响应滞后比指标TR作为衡量指标的岩石材料岩爆倾向性判别分级标准，利用加卸载响应滞后比指标不但可以判别岩石材料岩爆倾向性等级，而且根据加卸载响应滞后比指标的大小还可以对等级判别结果进行排序，定量的区分各种岩石材料的岩爆倾向性大小，对岩爆倾向性等级进行预报，解决了深部岩石工程开挖过程中发生岩爆造成现场施工人员、设备发生安全事故的问题，同时为岩石材料岩爆倾向性等级判别提供了一种新方法。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术岩爆倾向性等级判别方法的流程图；图2为圆柱形试样立体示意图；图3为岩石试样分级加卸载方法示意图；图4为岩石试样加卸载应力-应变曲线图；图5为利用最小二乘拟合法对某一级加卸载试验中的加载段和卸载段进行拟合的拟合示意图；图6为确定加卸载响应比起变点的方法示意图；图7为T1、T2的确定方法示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在MTS815电液伺服材料试验机进行岩石单轴压缩分级加卸载试验，对岩石的岩爆倾向性进行判断。如图1所示，一种基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法，具体过程如下：(1)现场取样，将取得的岩块加工成圆柱形试样，直径D取为48-52mm，试样的长度L取直径的1.8～2.2倍，如图2所示。试验应按下列步骤进行：(2)进行单轴压缩试验，将试本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤S1、现场取样，将取得的岩块加工成圆柱形岩石试样；步骤S2、进行单轴压缩试验，加载圆柱形岩石试样直至破坏，得到其应力应变曲线；步骤S3、以圆柱形岩石试样的轴向应力的峰值作为其单轴抗压强度σc；步骤S4、以与步骤S2相同的加载速率对相同规格的另一圆柱形岩石试样进行单轴压缩分级加卸载试验直至试样破坏，获得该岩石试样的分级加卸载应力应变曲线；步骤S5、依据分级加卸载应力应变曲线确定岩石试样的各级加卸载峰值点，并拟合出每级加卸载试验的加载段和卸载段数据点的斜率；步骤S6、依据每级加卸载试验的加载段和卸载段数据点的斜率确定各级加卸载响应比，并绘制加卸载响应比随轴向应变的变化曲线；步骤S7、依据各级加卸载响应比随轴向应变的变化曲线确定岩石试样的加卸载响应比起变点；步骤S8、计算加卸载响应比起变点与岩石试样峰值强度点之间的滞后时间T1和初始加载点至岩石试样达到峰值强度点的时间T2；步骤S9、根据公式TR＝T1/T2计算加卸载响应滞后比TR；步骤S10、根据加卸载响应滞后比TR的值判断岩石试样岩爆倾向性等级。

【技术特征摘要】
2019.02.02 CN 20191010806081.基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤S1、现场取样，将取得的岩块加工成圆柱形岩石试样；步骤S2、进行单轴压缩试验，加载圆柱形岩石试样直至破坏，得到其应力应变曲线；步骤S3、以圆柱形岩石试样的轴向应力的峰值作为其单轴抗压强度σc；步骤S4、以与步骤S2相同的加载速率对相同规格的另一圆柱形岩石试样进行单轴压缩分级加卸载试验直至试样破坏，获得该岩石试样的分级加卸载应力应变曲线；步骤S5、依据分级加卸载应力应变曲线确定岩石试样的各级加卸载峰值点，并拟合出每级加卸载试验的加载段和卸载段数据点的斜率；步骤S6、依据每级加卸载试验的加载段和卸载段数据点的斜率确定各级加卸载响应比，并绘制加卸载响应比随轴向应变的变化曲线；步骤S7、依据各级加卸载响应比随轴向应变的变化曲线确定岩石试样的加卸载响应比起变点；步骤S8、计算加卸载响应比起变点与岩石试样峰值强度点之间的滞后时间T1和初始加载点至岩石试样达到峰值强度点的时间T2；步骤S9、根据公式TR＝T1/T2计算加卸载响应滞后比TR；步骤S10、根据加卸载响应滞后比TR的值判断岩石试样岩爆倾向性等级。2.根据权利要求1所述的基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法，其特征在于，所述步骤S4的单轴压缩分级加卸载试验，首先加载至单轴抗压强度σc的4％，然后卸载到0，作为第1级载荷；然后加载至单轴抗压强度σc的8％，卸载至单轴抗压强度σc的4％，作为第2级载荷；每级加载强度较前一级增加单轴抗压强度σc的4％，每级卸载强度为前一级的加载强度，逐级加卸载直至岩石试样破坏。3.根据权利要求1或2所述的基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法，其特征在于，所述步骤S5是以各级加卸载峰值点为上限，在每级加卸载峰值点前的加载段和其后的卸载段分别取1MPa长度的数据点，然后利用最小二乘拟合法来拟合出各级加卸载试验的加载段数据点的斜率、卸载段数据点的斜率。4.根据权利要求3所述的基于加卸载响应滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法，其特征在于，所述步骤S6每级加卸载试验的卸载段数据点的斜...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫凤强，吴晨，闫景一，李夕兵，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43