本发明专利技术涉及工程岩石力学的分析方法领域，具体涉及一种岩石侧限膨胀本构关系分析方法，包括如下步骤：(1)取得岩石参数中影响岩石膨胀属性的类别、密度和含水率变化参数；(2)建立岩石参数与膨胀能力的关系表达式；(3)建立岩石膨胀能力与外在表现形式中膨胀应力和膨胀应变的关系表达式；与现有技术相比，本发明专利技术的有益效果是：本方法旨在将膨胀应力、膨胀应变与岩石类别、岩石密度和含水率进行统一表述，实现并建立了膨胀应力与膨胀应变的变化关系，使得更为精确描述岩石膨胀状态。使得更为精确描述岩石膨胀状态。
【技术实现步骤摘要】
一种岩石侧限膨胀本构关系分析方法
[0001]本专利技术涉及工程岩石力学的分析方法领域，具体涉及一种岩石侧限膨胀本构关系分析方法。
技术介绍
[0002]岩石膨胀是岩石的一种内在的力学属性，尤其膨胀岩，在遇水发生物理化学反应时产生体积膨胀，其力学作用十分显著，是工程力学领域重点关注的内容之一。由于岩石膨胀发生过程中膨胀力与膨胀变形是一种此消彼长的关系，与经典弹性力学本构关系不相符，目前，对岩石膨胀的试验测试和理论研究多关注于最大膨胀力、最大自由膨胀率的测试和试验测试数据的回归分析，这些理论难以同时综合反映岩石含水状态、膨胀应力状态和膨胀变形状态三者关系。
[0003]因此，开发一种新岩石侧限膨胀本构关系分析方法，不但具有迫切的研究价值，也具有良好的经济效益和工业应用潜力，这正是本专利技术得以完成的动力所在和基础。
技术实现思路
[0004]为了克服上述所指出的现有技术的缺陷，本专利技术人对此进行了深入研究，在付出了大量创造性劳动后，从而完成了本专利技术。
[0005]具体而言，本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种岩石侧限膨胀本构关系分析方法，该方法将岩石含水状态、膨胀力状态和膨胀变形状态三者进行了统一表述，可实现对既定岩石膨胀状态的理论计算与识别，为岩石膨胀控制提供理论依据。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种岩石侧限膨胀本构关系分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0008](1)取得岩石参数中影响岩石膨胀属性的类别、密度和含水率变化参数；
[0009](2)建立岩石参数与膨胀能力的关系表达式；
[0010](3)建立岩石膨胀能力与外在表现形式中膨胀应力和膨胀应变的关系表达式；
[0011](4)结合岩石膨胀能力得出岩石参数与膨胀应力和膨胀应变之间的关系表述。
[0012]在本专利技术中，作为一种改进，所述步骤(2)中岩石的膨胀能力与其自身属性相关的参数有类别、密度和含水率，表述的关系式如下：
[0013][0014]其中，k
r
为岩石膨胀活跃系数，单位为m
·
N/kg；ρ
d
为岩石干密度，单位为kg/m3；w为计算膨胀状态下的含水率；w0为岩石膨胀初始状态下的含水率； w
max
为最大含水率，即膨胀行为达到极限状态下的含水率；w
v
为岩石在吸水膨胀过程中吸水率由快速增加变为缓慢增加处对应的含水率。
[0015]在本专利技术中，作为一种改进，所述步骤(3)中，膨胀应力和膨胀应变的大小取决于对应的膨胀能力，膨胀应力对应的膨胀能力Q
σ
与膨胀应变对应的膨胀能力Q
ε
之和等于岩石
的总体膨胀能力Q
s
，三者之间的关系表达式为：
[0016]Q
s
＝Q
σ
+Q
ε
；
[0017]其中，Q
σ
表示膨胀行为中膨胀应力对应的膨胀能力，Q
ε
表示膨胀行为中膨胀变形对应的膨胀能力；
[0018]所述膨胀能力Q
σ
与所对应的膨胀应力σ
p
之间的转换关系如下：
[0019]Q
σ
＝βσ
p
；
[0020]其中，β为岩石膨胀力转化系数；
[0021]所述膨胀能力Q
ε
与所对应的膨胀应变ε
p
之间的转换关系如下：
[0022]Q
ε
＝ωε
p0.5
；
[0023]其中，ω为岩石膨胀应变转化系数，单位为kPa；
[0024]即：
[0025]Q
s
＝βσ
p+
ωε
p0.5
。
[0026]在本专利技术中，作为一种改进，所述步骤(4)中，岩石的膨胀能力可得出以下关系表达式：
[0027][0028]Q
s
＝Q
σ
+Q
ε
＝βσ
p
+ωε
p0.5
；
[0029]由此可得出岩石参数与膨胀应力和膨胀应变之间的关系表达式为：
[0030][0031][0032]在本专利技术中，作为一种改进，岩石膨胀过程中其外在表现包括单一膨胀力，单一膨胀变形以及膨胀力和膨胀变形均存在三种形式，岩石参数与膨胀应力和膨胀应变之间的关系表述中，当σ
p
＝0时，则对应着单一膨胀变形状态，单一膨胀应变表述如下：
[0033][0034]当ε
p
＝0时，则对应着岩石侧限下单一膨胀力状态，单一膨胀应力表述如下：
[0035][0036]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0037](1)本方法旨在将膨胀应力、膨胀应变与岩石类别、岩石密度和含水率进行统一表述，实现并建立了膨胀应力与膨胀应变的变化关系，使得更为精确描述岩石膨胀状态。
[0038](2)本方法利用膨胀能力实现了对岩石膨胀这一内在属性的量化表述，为区分不
同岩石膨胀属性的比较提供了参考指标。
[0039](3)本方法可以用于计算分析与判别实际工程中岩体膨胀变形行为及其状态，为工程控制措施的制定提供理论依据。
附图说明
[0040]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
[0041]图1为本专利技术的流程示意图；
[0042]图2为岩石膨胀能力与吸水率的关系曲线图；
[0043]图3为岩石膨胀应力与含水率的关系曲线图；
[0044]图4为岩石膨胀应力与初始含水率的关系曲线图；
[0045]图5为岩石膨胀应变与含水率的关系曲线图；
[0046]图6为岩石膨胀应变与初始含水率的关系曲线图；
[0047]图7为岩石膨胀应变与膨胀应力的变化关系曲线图；
具体实施方式
[0048]下面将结合附图对本专利技术技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0049]实施例一：如图1所示，一种岩石侧限膨胀本构关系分析方法，包括如下步骤：
[0050]第一步，由实验取得岩石参数中影响岩石膨胀属性的类别、密度和含水率参数，其中，岩石的类别和密度可通过力学实验得知其参数值，含水率则通过含水率测试试验得知，含水率测试中分别包括
①
岩石初始状态下含水率，
②
膨胀状态下含水率，
③
岩石最大含水率，最大含水率即膨胀行为达到极限状态下的含水率本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种岩石侧限膨胀本构关系分析方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)取得岩石参数中影响岩石膨胀属性的类别、密度和含水率变化参数；(2)建立岩石参数与膨胀能力的关系表达式；(3)建立岩石膨胀能力与外在表现形式中膨胀应力和膨胀应变的关系表达式；(4)结合岩石膨胀能力得出岩石参数与膨胀应力和膨胀应变之间的关系表述。2.根据权利要求1所述的一种岩石侧限膨胀本构关系分析方法，其特征在于：所述步骤(2)中岩石的膨胀能力与其自身属性相关的参数有类别、密度和含水率，表述的关系式如下：其中，k
r
为岩石膨胀活跃系数，单位为m
·
N/kg；ρ
d
为岩石干密度，单位为kg/m3；w为计算膨胀状态下的含水率；w0为岩石膨胀初始状态下的含水率；w
max
为最大含水率，即膨胀行为达到极限状态下的含水率；w
v
为岩石在吸水膨胀过程中吸水率由快速增加变为缓慢增加处对应的含水率。3.根据权利要求1所述的一种岩石侧限膨胀本构关系分析方法，其特征在于：所述步骤(3)中，膨胀应力和膨胀应变的大小取决于对应的膨胀能力，膨胀应力对应的膨胀能力Q
σ
与膨胀应变对应的膨胀能力Q
ε
之和等于岩石的总体膨胀能力Q
s
，三者之间的关系表达式为：Q
s
＝Q
σ
+Q
ε
；其中，Q
σ
表示膨胀行为中膨胀应力对应的膨胀能力，Q
...
【专利技术属性】
技术研发人员：许崇帮，高晓静，秦幼林，
申请(专利权)人：交通运输部公路科学研究所，
类型：发明
国别省市：
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