基于岩石峰前起裂及峰后应力特征的脆性评价方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了基于岩石峰前起裂及峰后应力特征的脆性评价方法及系统，评价方法包括步骤：S1、获取待评价岩石试件的全过程应力

【技术实现步骤摘要】
基于岩石峰前起裂及峰后应力特征的脆性评价方法及系统


[0001]本专利技术涉及岩石脆性评价
，尤其涉及基于岩石峰前起裂及峰后应力跌落特征的脆性评价方法及评价系统。

技术介绍

[0002]岩石脆性作为其材料的基本属性之一，是评价岩石性能的关键指标，准确评价岩石脆性对矿藏油气资源有效开发利用、地下工程建设以及地质灾害防灾减灾具有重要的指导意义。
[0003]针对岩石脆性的研究，主要有脆性表征行为和定量评价两个方面。脆性表征行为方面，岩石的突然崩落、弹射、劈裂、围岩板裂化、岩爆等均是其脆性破坏的现象，岩石应力应变曲线峰后应力迅速跌落、或试验岩样呈贯通型竖直张拉破裂均是岩石脆性的表征行为。
[0004]目前，普遍认可的对岩石高脆性的7个表征现象为：小变形下破坏、σ
c
/σ
t
大、断裂由微裂纹主导、高回弹能、裂隙发育完全在硬度测试时、组成岩石的矿物颗粒粒径较小、内摩擦角大。根据上述特征，学者们采用不同试验方法、计算参量提出了许多脆性评价指标，代表性的主要有：基于强度的脆性指标，基于应变的脆性指标，基于应变能的脆性指标，基于硬度的脆性指标。
[0005]上述岩石脆性评价指标部分从岩石破坏表征参数出发(如强度特征、变形特征、能量特征、破裂角、可恢复应变以及应力应变曲线特征等)，部分从岩石矿物成分出发分析了岩石脆性特征并建立了相应的脆性评价方法，这些评价方法有些指标不能反映岩石的脆性程度大小，有些只适合评价同一种岩石脆性，大部分指标只是孤立地考虑岩石材料破坏前或破坏后的局部特征，且是结合单轴试验提出的、其是否适用于复杂应力场有待进一步考证，部分指标由于试验条件的限制不易通过试验确定，且较少考虑岩石峰前起裂的岩石脆性计算，同时关注峰前起裂特征和峰后应力跌落特征的脆性计算方法就更少了。由此，目前的岩石脆性评价方法有待进一步提升准确性和合理性。

技术实现思路

[0006]为解决上述
技术介绍
中所述的至少一种问题，本专利技术提供一种基于岩石峰前起裂及峰后应力特征的脆性评价方法及系统。
[0007]本专利技术提供的基于岩石峰前起裂及峰后应力特征的脆性评价方法，包括步骤：
[0008]S1、获取待评价岩石试件的全过程应力
‑
应变测试曲线；
[0009]S2、计算待评价岩石试件的脆性指数B
I
，计算式为：
[0010]B
I
＝B
i
·
B
ii
[0011]其中，B
i
表征为峰前脆性特征评价值，B
ii
为表征峰后脆性特征评价值。
[0012]优选的，结合岩石的起裂特征进行所述峰前脆性特征评价值B
i
的计算，计算表达式为：
[0013]B
i
＝ε
ci
/
△
ε1[0014]其中，ε
ci
为岩石试件的起裂应变，
△
ε1为峰值应变ε
c
与起裂应变ε
ci
的差值，即
△
ε1＝ε
c
‑
ε
ci
。
[0015]优选的，所述起裂应变ε
ci
的确定方法为：
[0016]1)获取轴向应力
‑
应变数据点，计算相邻两点的轴向应变刚度K，并绘制应变
‑
刚度曲线，轴向应变刚度K的计算式为：K＝Δσ/Δε2，其中，Δσ为相邻两点的应力差，Δε2为相邻两点的应变差；
[0017]2)根据轴向应变刚度曲线特征确定起裂应变点，将起裂应变点对应的应变作为起裂应变ε
ci
。
[0018]优选的，所述起裂应变点的确定方法为：以轴向应变
‑
刚度曲线的近水平段的终点作为起裂应变点。
[0019]优选的，所述峰后脆性特征评价值B
ii
的计算式为：
[0020]B
ii
＝S/S
△
[0021]其中，S
△
为构建的直角三角形的面积，S为峰后曲线与所述直角三角形的斜边所组成区域的面积；所述直角三角形的构建方法为：
[0022]确定全过程应力
‑
应变曲线的应力峰值点M，确定残余强度起始点N，以所述M点和N点作为直角三角形斜边的两个端点，构建直角三角形。
[0023]优选的，还包括，根据待评价岩石试件应力
‑
应变测试曲线，初步判别其脆性特征，并综合应力
‑
应变曲线特征校验计算结果。
[0024]本专利技术还提供一种基于岩石峰前起裂及峰后应力特征的脆性评价系统，包括：
[0025]曲线获取单元，用于获取待评价岩石试件的全过程应力
‑
应变测试曲线；
[0026]脆性评价单元，用于根据峰前脆性特征评价值B
i
和峰后脆性特征评价值B
ii
计算待评价岩石试件的脆性指数B
I
，计算式为：B
I
＝B
i
·
B
ii
。
[0027]优选的，所述脆性评价单元包括峰前脆性特征评价模块和峰后脆性特征评模块：
[0028]所述峰前脆性特征评价模块用于根据全过程应力
‑
应变测试曲线数据计算峰前脆性特征评价值B
i
，计算式为：B
i
＝ε
ci
/
△
ε，其中，ε
ci
为起裂应变，
△
ε为峰值应变ε
c
与起裂应变ε
ci
的差值，即
△
ε＝ε
c
‑
ε
ci
；
[0029]所述峰后脆性特征评价模块用于根据全过程应力
‑
应变测试曲线数据计算峰后脆性特征评价值B
ii
，计算式为：B
ii
＝S/S
△
，其中，S
△
为构建的直角三角形的面积，S为峰后曲线与所述直角三角形的斜边所组成区域的面积；所述直角三角形以全过程应力
‑
应变曲线的应力峰值点M和残余强度起始点N作为直角三角形斜边的两个端点。
[0030]相比现有技术，本专利技术的显著进步至少体现在：
[0031]通过本专利技术提供的脆性评价方法及系统，能够有效衡量岩石材料脆性，得出定量评价量值。基于全过程岩石应力应变曲线的岩石脆性评价，能全过程体现岩石脆性破坏特征，不仅考虑峰前特征，同时也要考虑峰后特征，且是不同荷载复杂应力环境条件下的综合反应，能够体现不同荷载复杂应力环境下岩石的脆性特征；其次，目前岩石应力应变试验技术成熟，评价所需的相关参数的获取也较为可靠，具有较强的可实施性。
附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于岩石峰前起裂及峰后应力特征的脆性评价方法，其特征在于，包括步骤：S1、获取待评价岩石试件的全过程应力
‑
应变测试曲线；S2、计算待评价岩石试件的脆性指数B
I
，计算式为：B
I
＝B
i
·
B
ii
其中，B
i
表征为峰前脆性特征评价值，B
ii
为表征峰后脆性特征评价值。2.根据权利要求1所述的基于岩石峰前起裂及峰后应力特征的脆性评价方法，其特征在于，结合岩石的起裂特征进行所述峰前脆性特征评价值B
i
的计算，计算表达式为：B
i
＝ε
ci
/
△
ε1其中，ε
ci
为岩石试件的起裂应变，
△
ε1为峰值应变ε
c
与起裂应变ε
ci
的差值，即
△
ε1＝ε
c
‑
ε
ci
。3.根据权利要求2所述的基于岩石峰前起裂及峰后应力特征的脆性评价方法，其特征在于，所述起裂应变ε
ci
的确定方法为：1)获取轴向应力
‑
应变数据点，计算相邻两点的轴向应变刚度K，并绘制应变
‑
刚度曲线，轴向应变刚度K的计算式为：K＝Δσ/Δε2，其中，Δσ为相邻两点的应力差，Δε2为相邻两点的应变差；2)根据轴向应变刚度曲线特征确定起裂应变点，将起裂应变点对应的应变作为起裂应变ε
ci
。4.根据权利要求3所述的基于岩石峰前起裂及峰后应力特征的脆性评价方法，其特征在于，所述起裂应变点的确定方法为：以轴向应变
‑
刚度曲线的近水平段的终点作为起裂应变点。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的基于岩石峰前起裂及峰后应力特征的脆性评价方法，其特征在于，所述峰后脆性特征评价值B
ii
的计算式为：B
ii
＝S/S
△
其中，S
△
为构建的直角三角形的面积，S为峰后曲线与所述直角三角形的斜边所组...

【专利技术属性】
技术研发人员：高美奔，李天斌，马春驰，高要辉，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：