一种层状岩体力学参数的确定方法、设备及介质技术

本发明专利技术提供了一种层状岩体力学参数的确定方法、设备及介质，涉及岩石力学技术领域。该方法包括：分别制备第一页岩试件和第二页岩试件；对第一页岩试件进行单轴压缩试验，确定岩石基质的弹性模量和泊松比；对第一页岩试件进行三轴压缩试验，确定岩石基质的第一粘聚力和第一内摩擦角；对第一页岩试件进行直接剪切试验，确定层理面的第二粘聚力和第二内摩擦角，通过第二粘聚力和第二内摩擦角确定层理面的单轴抗压强度；对第一页岩试件与第二页岩试件进行巴西劈裂试验，分别确定岩石基质的第一抗拉强度和层理面的第二抗拉强度。本技术方案的有益效果是：通过室内试验较为准确地确定了层状岩体的力学参数，为后续工程施工提供方便。为后续工程施工提供方便。为后续工程施工提供方便。

【技术实现步骤摘要】
一种层状岩体力学参数的确定方法、设备及介质


[0001]本专利技术涉及岩石力学
，具体而言，涉及一种层状岩体力学参数的确定方法、设备及介质。

技术介绍

[0002]层状岩体广泛存在于自然界中，常见于隧道、非常规油气开采、地下储库建设和深部地热开发等大型工程中。与一般岩体不同，层状岩体力学性质受层理和岩石材料力学性质及层理面倾角的影响较大，变形和强度具有明显的各向异性特征，其破坏机理也更为复杂。正确认识层状岩体基本力学性质对岩体工程的稳定性分析与安全评价具有重要意义。
[0003]由于层状岩体主要有岩石基质和层理面组成，实际自然界中的岩体层理走势复杂，层状岩体试件岩石基质与层理面力学参数无法确定，导致工程力学计算难以展开。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是如何确定层状岩体岩石基质与层理面的力学参数。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种层状岩体力学参数的确定方法，包括：
[0006]分别制备第一页岩试件和第二页岩试件；其中，所述第一页岩试件和所述第二页岩试件的形状均为圆柱体，所述第一页岩试件的层理面与所述圆柱体的上下底面平行，所述第二页岩试件的所述层理面与所述圆柱体的上下底面垂直；
[0007]对所述第一页岩试件进行单轴压缩试验，确定岩石基质的弹性模量和泊松比；
[0008]对所述第一页岩试件进行三轴压缩试验，确定所述岩石基质的第一粘聚力和第一内摩擦角；
[0009]对所述第一页岩试件进行直接剪切试验，确定所述层理面的第二粘聚力和第二内摩擦角，通过所述第二粘聚力和所述第二内摩擦角确定所述层理面的单轴抗压强度；
[0010]对所述第一页岩试件与所述第二页岩试件进行巴西劈裂试验，分别确定所述岩石基质的第一抗拉强度和所述层理面的第二抗拉强度。
[0011]本专利技术提供的层状岩体力学参数的确定方法，通过分别制备第一页岩试件和第二页岩试件；其中，所述第一页岩试件和所述第二页岩试件的形状均为圆柱体，所述第一页岩试件的层理面与所述圆柱体的上下底面平行，所述第二页岩试件的所述层理面与所述圆柱体的上下底面垂直；通过使用所述第一页岩试件和所述第二页岩试件等效替代自然界中的层状岩体，可以较为准确地模拟实际自然界中层状岩体受力变形情况。同时所述第一页岩试件和所述第二页岩试件可方便室内试验进行力学参数测定。通过对所述第一页岩试件进行单轴压缩试验，三轴压缩试验，直接剪切试验确定岩石基质的弹性模量、泊松比、第一粘聚力和第一内摩擦角；确定所述层理面的第二粘聚力和第二内摩擦角和单轴抗压强度；试验步骤简单可重复，便于对自然界中的层状岩体力学参数进行计算，得到了较为准确的层状岩体力学参数。通过对所述第一页岩试件与所述第二页岩试件进行巴西劈裂试验，分别确定所述岩石基质的第一抗拉强度和所述层理面的第二抗拉强度，得到了较为准确的层状
岩体岩石基质和层理面的抗拉强度。通过确定层状岩体力学参数，可以确定层状岩体受力能力、支撑力等，为工程施工提供方便。
[0012]可选地，所述对所述第一页岩试件进行单轴压缩试验，确定岩石基质的弹性模量和泊松比，包括：
[0013]对所述第一页岩试件以第一速度施加轴向载荷直至所述第一页岩试件破坏；
[0014]每间隔预设时长，记录所述第一页岩试件的轴向载荷、轴向变形平均值和径向变形平均值；
[0015]根据多个所述轴向载荷、所述轴向变形平均值和所述径向变形平均值，确定所述岩石基质的所述弹性模量和所述泊松比。
[0016]可选地，所述根据多个所述轴向载荷、所述轴向变形平均值和所述径向变形平均值，确定所述岩石基质的所述弹性模量和所述泊松比，包括：
[0017]根据多个所述轴向载荷和多个所述轴向变形平均值，确定轴向应力应变曲线；
[0018]根据多个所述轴向载荷和多个所述径向变形平均值，确定径向应变与轴向应力的对应关系；
[0019]根据所述轴向应力应变曲线上的直线段始点和终点及所述对应关系，确定所述弹性模量和所述泊松比。
[0020]可选地，所述根据多个所述轴向载荷和多个所述轴向变形平均值，确定轴向应力应变曲线，包括：
[0021]根据多个所述轴向载荷，确定所述第一页岩试件的多个轴向应力；
[0022]根据多个所述轴向变形平均值，确定所述第一页岩试件的多个轴向应变；
[0023]根据所述轴向应力和所述轴向应变，绘制所述轴向应力应变曲线。
[0024]可选地，所述对所述第一页岩试件进行三轴压缩试验，确定所述岩石基质的第一粘聚力和第一内摩擦角，包括：
[0025]对所述第一页岩试件以第二速度同步施加侧向载荷和轴向载荷至预定的侧压力值，并维持所述侧压力值；
[0026]以第三速度施加轴向载荷直至所述第一页岩试件破坏，确定轴向破坏载荷；
[0027]在预设的不同所述侧压力值条件下，重复多次试验，得到多个不同侧压力值条件下的多个所述轴向破坏载荷；
[0028]根据多个所述轴向破坏载荷，确定岩石基质的所述第一粘聚力和所述第一内摩擦角。
[0029]可选地，所述根据多个所述轴向破坏载荷，确定岩石基质的所述第一粘聚力和所述第一内摩擦角，包括：
[0030]根据多个所述轴向破坏载荷确定多个最大主应力；
[0031]在以所述最大主应力为纵坐标、所述侧压力值为横坐标的坐标图上，绘制出多次试验各所述侧压力值下所述最大主应力的坐标点；
[0032]建立线性方程式，拟合得到所述岩石基质的所述第一粘聚力和所述第一内摩擦角。
[0033]可选地，所述对所述第一页岩试件进行直接剪切试验，确定所述层理面的第二粘聚力和第二内摩擦角，通过所述第二粘聚力和所述第二内摩擦角确定所述层理面的单轴抗
压强度，包括：
[0034]对所述第一页岩试件施加法向载荷和剪切载荷，其中，所述剪切载荷的剪切面位于所述层理面；
[0035]维持恒定的所述法向载荷，逐渐加大所述剪切载荷直至所述第一页岩试件破坏；
[0036]在预设的不同法向载荷条件下多次试验，确定不同所述法向载荷下，作用于剪切面上的法向应力和剪切应力；
[0037]绘制所述剪切应力与所述法向应力关系曲线；
[0038]通过线性拟合得到所述层理面的第二粘聚力和第二内摩擦角；
[0039]根据所述第二粘聚力和所述第二内摩擦角，确定所述层理面的单轴抗压强度。
[0040]可选地，所述对所述第一页岩试件与所述第二页岩试件进行巴西劈裂试验，分别确定所述岩石基质的第一抗拉强度和所述层理面的第二抗拉强度，包括：
[0041]对所述第一页岩试件以第四速度沿所述第一页岩试件径向施加径向劈裂载荷直至所述第一页岩试件破坏，确定第一径向破坏载荷；
[0042]根据所述第一径向破坏载荷，确定所述岩石基质的所述第一抗拉强度；
[0043]对所述第二页岩试件以所述第四速度沿所述第二页岩试件径向施加径向劈裂载荷直至所述第二页岩试件破坏，确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种层状岩体力学参数的确定方法，其特征在于，包括：分别制备第一页岩试件和第二页岩试件；其中，所述第一页岩试件和所述第二页岩试件的形状均为圆柱体，所述第一页岩试件的层理面与所述圆柱体的上下底面平行，所述第二页岩试件的所述层理面与所述圆柱体的上下底面垂直；对所述第一页岩试件进行单轴压缩试验，确定岩石基质的弹性模量和泊松比；对所述第一页岩试件进行三轴压缩试验，确定所述岩石基质的第一粘聚力和第一内摩擦角；对所述第一页岩试件进行直接剪切试验，确定所述层理面的第二粘聚力和第二内摩擦角，通过所述第二粘聚力和所述第二内摩擦角确定所述层理面的单轴抗压强度；对所述第一页岩试件与所述第二页岩试件进行巴西劈裂试验，分别确定所述岩石基质的第一抗拉强度和所述层理面的第二抗拉强度。2.根据权利要求1所述的层状岩体力学参数的确定方法，其特征在于，所述对所述第一页岩试件进行单轴压缩试验，确定岩石基质的弹性模量和泊松比，包括：对所述第一页岩试件以第一速度施加轴向载荷直至所述第一页岩试件破坏；每间隔预设时长，记录所述第一页岩试件的轴向载荷、轴向变形平均值和径向变形平均值；根据多个所述轴向载荷、所述轴向变形平均值和所述径向变形平均值，确定所述岩石基质的所述弹性模量和所述泊松比。3.根据权利要求2所述的层状岩体力学参数的确定方法，其特征在于，所述根据多个所述轴向载荷、所述轴向变形平均值和所述径向变形平均值，确定所述岩石基质的所述弹性模量和所述泊松比，包括：根据多个所述轴向载荷和多个所述轴向变形平均值，确定轴向应力应变曲线；根据多个所述轴向载荷和多个所述径向变形平均值，确定径向应变与轴向应力的对应关系；根据所述轴向应力应变曲线上的直线段始点和终点及所述对应关系，确定所述弹性模量和所述泊松比。4.根据权利要求3所述的层状岩体力学参数的确定方法，其特征在于，所述根据多个所述轴向载荷和多个所述轴向变形平均值，确定轴向应力应变曲线，包括：根据多个所述轴向载荷，确定所述第一页岩试件的多个轴向应力；根据多个所述轴向变形平均值，确定所述第一页岩试件的多个轴向应变；根据所述轴向应力和所述轴向应变，绘制所述轴向应力应变曲线。5.根据权利要求1所述的层状岩体力学参数的确定方法，其特征在于，所述对所述第一页岩试件进行三轴压缩试验，确定所述岩石基质的第一粘聚力和第一内摩擦角，包括：对所述第一页岩试件以第二速度同步施加侧向载荷和轴向载荷至预定的侧压力值，并维持所述侧压力值；以第三速度施加轴向载荷直至所述第一页岩试件破坏，确定轴向破坏载荷；在预设的不同所述侧...

【专利技术属性】
技术研发人员：王圣涛，高敏，靳毅，孙锐，邓稀肥，章新生，曹坤，王明刚，胡茂，寇学超，
申请(专利权)人：安徽理工大学中铁四局集团第五工程有限公司，
类型：发明
国别省市：