【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及岩石物理，具体涉及一种岩石弹性模量计算方法。
技术介绍
1、岩石的基本力学参数是分析岩石力学特性、建立岩石本构模型以及岩土工程设计重要依据，因此，如何准确地获得岩石的力学参数是岩石力学重要的研究内容。岩石的基本力学参数主要包括应力、应变、弹性模量、黏聚力和内摩擦角等参数。其中弹性模量是岩石弹性变形过程中的基本物理量，在隧道工程、采矿工程、桥梁工程以及国防工程的设计、施工、控制方面起着重要的作用。如何准确测量岩石的弹性模量是岩石力学重要的研究内容之一。
2、在岩石力学研究中经常用到的主要是初始弹性模量和卸载弹性模量。针对岩石初始弹性模量的计算，许多岩石力学研究者提出了岩石弹性模量测量计算方法，主要是基于hooke定律进行测量计算。有的认为岩石的初始弹性模量等于岩石弹性变形段的斜率，有的认为初始弹性模量等于应力-应变曲线的0到峰值的割线斜率。有的认为卸载弹性模量等于卸载起点的应力除以弹性应变，即卸载阶段的割线斜率。对于初始弹性模量，应用弹性变形直线段斜率作为岩石的弹性模量，思路是非常好的，但实际测量计算时却带有很强的主观性。对于以割线斜率作为岩石的初始弹性模量，大量的实验结果表明，岩石加载过程中应力应变曲线峰前段一定程度上是非线性的，并不是线性变化的，因此以此测量计算的弹性模量误差较大。同样，对于卸载弹性模量，岩石卸载阶段的曲线一定程度上是非线性的，即使是高强度的大理岩、花岗岩等其卸载阶段的曲线也是非线性的，对于强度较低软岩其非线性更明显，因此以此获得卸载模量存在较大的误差。基于上述测量计算方法的缺点，有必
3、综上所述，急需一种岩石弹性模量计算方法以解决现有技术中存在的问题。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种岩石弹性模量计算方法，具体技术方案如下：
2、一种岩石弹性模量计算方法，包括如下步骤：
3、步骤s1：制作岩石试样；
4、步骤s2：对步骤s1中的岩石试样进行压缩实验，获取岩石试样抗压强度；
5、步骤s3：基于步骤s2中的岩石试样抗压强度设计多级循环加卸载实验，对岩石试样进行多级循环加卸载实验，获取多级循环加卸载实验中岩石试样的应力应变曲线，所述应力应变曲线包括多级循环加卸载应力应变曲线和轴向应力应变曲线；
6、步骤s4：基于步骤s3中的应力应变曲线计算每一级的输入能、弹性应变能和耗散能；
7、步骤s5：根据步骤s4中的输入能和耗散能计算耗能比；
8、步骤s6：计算岩石试样的初始弹性模量和卸载弹性模量；
9、初始弹性模量的计算方式为：以步骤s5中的耗能比绘制耗能比随应变变化的曲线，基于耗能比的大小和稳定性确定岩石试样的弹性变形阶段，计算应力应变曲线中在该弹性变形阶段的斜率，即岩石试样的初始弹性模量；
10、卸载弹性模量的计算方式为：根据应力应变曲线计算岩石试样的弹性应变，基于弹性应变和步骤s4中的弹性应变能计算卸载模量。
11、优选的，在步骤s1中，所述岩石试样为圆柱体或者立方体。
12、优选的，在步骤s2中，所述压缩实验为单轴压缩实验或常规三轴压缩实验。
13、优选的，在步骤s3中，压缩实验和岩石循环加卸载实验的加载速率相同。
14、优选的，在步骤s4中，输入能等于加载阶段与应变轴围成区域的面积，表达式如下：
15、ui＝∫σidεi；
16、其中，ui表示输入能；σi表示加载阶段的应力；εi表示加载阶段的应变。
17、优选的，在步骤s4中，弹性应变能等于卸载阶段与应变轴围成区域的面积，表达式如下：
18、
19、其中，表示弹性应变能；表示卸载阶段的应力；表示弹性应变；ε表示应变。
20、优选的，在步骤s4中，耗散能的表达式为：
21、优选的，在步骤s5中，耗能比γi的表达式为：
22、优选的，在步骤s6中，卸载弹性模量ex的表达式如下：
23、应用本专利技术的技术方案，具有以下有益效果：
24、(1)本专利技术提出的岩石弹性模量计算方法，在计算岩石的初始弹性模量时，通过分级循环加卸载实验确定每一级的输入能、弹性应变能和耗散能，通过耗能比曲线确定岩石的弹性变形阶段，进而计算求得岩石的初始弹性模量。该方法基于能量原理定量确定了岩石的初始弹性模量，很好地克服了传统岩石弹性模量求解的主观性所带来的计算误差
25、(2)本专利技术提出的岩石弹性模量计算方法，在计算岩石卸载弹性模量时，通过分级循环加卸载实验确定每一级的弹性应变能和弹性应变，并基于弹性应变能和弹性应变求解岩石的卸载弹性模量。该方法基于能量原理计算岩石的卸载弹性模量，计算结果较传统的以卸载阶段的割线斜率作为卸载弹性模量更加精确，且理论依据更充分。
26、除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。
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1.一种岩石弹性模量计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的岩石弹性模量计算方法，其特征在于，在步骤S1中，所述岩石试样为圆柱体或者立方体。
3.根据权利要求2所述的岩石弹性模量计算方法，其特征在于，在步骤S2中，所述压缩实验为单轴压缩实验或常规三轴压缩实验。
4.根据权利要求3所述的岩石弹性模量计算方法，其特征在于，在步骤S3中，压缩实验和岩石循环加卸载实验的加载速率相同。
5.根据权利要求4所述的岩石弹性模量计算方法，其特征在于，在步骤S4中，输入能等于加载阶段与应变轴围成区域的面积，表达式如下：
6.根据权利要求5所述的岩石弹性模量计算方法，其特征在于，在步骤S4中，弹性应变能等于卸载阶段与应变轴围成区域的面积，表达式如下：
7.根据权利要求6所述的岩石弹性模量计算方法，其特征在于，在步骤S4中，耗散能的表达式为：
8.根据权利要求7所述的岩石弹性模量计算方法，其特征在于，在步骤S5中，耗能比γi的表达式为：
9.根据权利要求8所述的岩石弹性模量计算方法，其
...【技术特征摘要】
1.一种岩石弹性模量计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的岩石弹性模量计算方法，其特征在于，在步骤s1中，所述岩石试样为圆柱体或者立方体。
3.根据权利要求2所述的岩石弹性模量计算方法，其特征在于，在步骤s2中，所述压缩实验为单轴压缩实验或常规三轴压缩实验。
4.根据权利要求3所述的岩石弹性模量计算方法，其特征在于，在步骤s3中，压缩实验和岩石循环加卸载实验的加载速率相同。
5.根据权利要求4所述的岩石弹性模量计算方法，其特征在于，在步骤s4中，输...
【专利技术属性】
技术研发人员：施成华，娄义黎，郑可跃，雷明峰，彭铸，王祖贤，孙晓贺，
申请(专利权)人：高速铁路建造技术国家工程研究中心，
类型：发明
国别省市：
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