岩石抗压强度的预测方法技术

本发明专利技术提供了一种岩石抗压强度的预测方法。该方法包括对岩石取样进行加工以获得标准圆柱体试样；对标准圆柱体试样进行非破坏性的单轴压缩声发射试验以获得标准圆柱体试样的弹性模量E；实时监测声发射试验数据，绘制声发射累积能量随时间变化曲线；当声发射累积能量随时间变化曲线出现拐点陡增时，对声发射累积能量随时间变化曲线进行Logistic方程拟合，以得出损伤演化方程和损伤演化曲线；以及将损伤演化方程代入一维受损材料本构方程：中得出岩石本构方程和理论本构关系曲线，进而得出岩石强度。该方法通过非破坏性的单轴压缩声发射试验，对岩石压缩变形破坏全过程声发射参数变化特征进行分析，得到岩石抗压强度。得到岩石抗压强度。得到岩石抗压强度。

【技术实现步骤摘要】
岩石抗压强度的预测方法


[0001]本专利技术涉及隧道施工领域，特别涉及一种岩石抗压强度的预测方法。

技术介绍

[0002]岩石强度是指岩石介质破坏时所能承受的极限应力。其中，岩石单轴抗压强度是各类岩土工程中最基本的强度指标。岩石的单轴抗压强度是指岩石在无侧限和单轴压力作用下抵抗破坏的极限能力。确定岩石单轴抗压强度对于岩体工程设计、施工方案以及工程安全具有重大意义。
[0003]传统方法一般是通过现场钻机取芯、岩石运输、标准试件加工打磨、室内单轴压缩试验及数据处理等步骤以获得岩石的单轴抗压强度，而岩石取样困难、获得标准试样成本高、岩石单轴抗压强度确定时间长，很难满足施工现场对岩石单轴抗压强度实时获取的要求。另外，取样及后期加工打磨过程中难免会对岩样造成一定损伤，从而导致室内压缩试验获得的岩石抗压强度与实际工程中岩石抗压强度存在一定偏差。
[0004]声发射是材料受载荷过程中内部积聚的能量以应力波形式释放的一种现象，是一种无损检测方式。岩石声发射技术能够实时监测岩石内部裂纹的活动情况，声发射参数变化特征与岩石损伤演化密切相关。
[0005]因此，如果采用声发射监测结果能预测出岩石强度，则将不用开展复杂的室内试验，大大简化岩石强度的获得，且是一种无损的行为。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种岩石抗压强度的预测方法，该方法通过在实验室内开展单轴压缩声发射试验，对岩石压缩变形破坏全过程声发射参数变化特征进行分析，绘制出声发射累积能量变化曲线，对该曲线进行Logistic方程拟合以得出损伤演化方程，将损伤演化方程代入一维受损材料本构方程中得出岩石本构方程和理论本构关系曲线，得到岩石抗压强度。
[0007]为实现本专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：根据本专利技术的一个方面，提供了一种岩石抗压强度的预测方法包括对岩石取样进行加工以获得标准圆柱体试样；对标准圆柱体试样进行单轴压缩声发射试验以获得标准圆柱体试样的弹性模量E；实时监测声发射试验数据，并绘制声发射累积能量随时间变化曲线；当声发射累积能量随时间变化曲线出现拐点陡增时，对损伤演化曲线进行Logistic方程拟合以得出损伤演化方程和损伤演化曲线；以及将损伤演化方程代入一维受损材料本构方程：中得出岩石本构方程和理论本构关系曲线，进而得出岩石抗压强度。
[0008]根据本专利技术的一实施方式，其中，工程现场取样，加工成直径50mm、高度100mm的标准圆柱体试样。
[0009]根据本专利技术的一实施方式，其中，根据岩石任意时刻声发射能量累计值N绘制声发射累积能量随时间变化曲线。
[0010]根据本专利技术的一实施方式，其中，获取部分数据后，对曲线进行Logistic方程拟合，预测岩石损伤演化曲线，持续对曲线进行拟合，不断修正预测方程，直至预测曲线稳定。
[0011]根据本专利技术的一实施方式，其中，岩石基于Logistic方程的理论损伤演化方程为：，其中：D为损伤变量，ε为应变值，a、r为拟合获得的模型参数，一维受损材料本构方程：，获得的基于Logistic方程的岩石单轴压缩条件下理论损伤本构模型为：。
[0012]根据本专利技术的一实施方式，其中，损伤变量D定义为或者，其中，为岩石损坏的面积；A为初始无损伤时的断面积，N为岩石任意时刻声发射能量累计值；为岩石最终破坏时刻产生声发射能量总值。
[0013]根据本专利技术的一实施方式，其中，所述岩石采用花岗岩、砂岩、玄武岩中的任意一种。
[0014]本专利技术中的一个实施例具有如下优点或有益效果：本专利技术的岩石抗压强度的预测方法，通过在实验室内开展单轴压缩声发射试验，对岩石压缩变形破坏全过程声发射参数变化特征进行分析，绘制出声发射累积能量变化曲线，对该曲线进行Logistic方程拟合以得出损伤演化方程，将损伤演化方程代入一维受损材料本构方程中得出岩石本构方程和理论本构关系曲线，进而得到岩石抗压强度。
附图说明
[0015]通过参照附图详细描述其示例实施方式，本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
[0016]图1是根据一示例性实施方式示出的一种岩石抗压强度的预测方法流程图。
[0017]图2是根据一示例性实施方式示出的一种花岗岩声发射实验过程中应力和累积能量的曲线图。
[0018]图3是根据一示例性实施方式示出的一种砂岩声发射实验过程中应力和累积能量的曲线图。
[0019]图4是根据一示例性实施方式示出的玄武岩声发射实验过程中应力和累积能量的曲线图。
[0020]图5是根据一示例性实施方式示出的花岗岩、砂岩和玄武岩损伤演化曲线图。
[0021]图6是根据一示例性实施方式示出的花岗岩理论本构关系曲线与实验室曲线比较示意图。
[0022]图7是根据一示例性实施方式示出的砂岩理论本构关系曲线与实验室曲线比较示意图。
[0023]图8是根据一示例性实施方式示出的玄武岩理论本构关系曲线与实验室曲线比较示意图。
具体实施方式
[0024]现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。
[0025]用语“一个”、“一”、“该”、“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。
[0026]如图1至图5所示，图1示出了本专利技术提供的一种岩石抗压强度的预测方法流程图。图2示出了本专利技术提供的一种花岗岩声发射实验过程中应力和累积能量的曲线图。图3示出了本专利技术提供的一种砂岩声发射实验过程中应力和累积能量的曲线图。图4示出了本专利技术提供的一种玄武岩声发射实验过程中应力和累积能量的曲线图。图5示出了本专利技术提供的一种岗岩、砂岩和玄武岩损伤演化曲线图。
[0027]本专利技术实施例的一种岩石抗压强度的预测方法包括：S1
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对岩石取样进行加工以获得标准圆柱体试样；S2
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对标准圆柱体试样进行非破坏性的单轴压缩声发射试验以获得标准圆柱体试样的弹性模量E；S3
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实时监测声发射试验数据，绘制声发射累积能量随时间变化曲线；S4
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当声发射累积能量随时间变化曲线出现拐点陡增时，声发射累积能量随时间变化曲线进行Logistic方程拟合，以得出损伤演化方程和损伤演化曲线；S5
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将损伤演化方程代入一维受损材料本构方程：中得出岩石本构方程和理论本构关系曲线，进而得出岩石强度。
[0028]其中，试验仪器：真三轴试验系统；试验采用轴向位移控制加载，加载速率为0.004mm/s；声发射信息采用PCI
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2型多通道AE检测仪及Nano
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种岩石抗压强度的预测方法，其特征在于，包括：对岩石取样进行加工以获得标准圆柱体试样；对标准圆柱体试样进行非破坏性的单轴压缩声发射试验以获得标准圆柱体试样的弹性模量E；实时监测声发射试验数据，并绘制声发射累积能量随时间变化曲线；当声发射累积能量随时间变化曲线出现拐点陡增时，对声发射累积能量随时间变化曲线进行Logistic方程拟合，以得出损伤演化方程和损伤演化曲线；以及将损伤演化方程代入一维受损材料本构方程：中得出岩石本构方程和理论本构关系曲线，进而得出岩石强度，其中，D为损伤变量，ε为应变值，a、r为拟合获得的模型参数，e为2.71828183，E位岩石弹性模量，σ为轴向应力。2.根据权利要求1所述的岩石抗压强度的预测方法，其特征在于，工程现场取样，加工成直径50mm、高度100mm的标准圆柱体试样。3.根据权利要求1所述的岩石抗压强度的预测方法，其特征在于，非破坏性试验为仅将岩石压缩至岩石弹性变形阶段，弹性模量E为岩石应力
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应变曲线中弹性变形阶段曲线的斜率。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬桥，郭允朋，李杰宇，张树东，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：