【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及深部岩石蓄能评价及数据处理，尤其涉及一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法及系统。
技术介绍
1、在地层深部，岩体处在“三高一扰动”的环境，其中高应力状态使岩石的力学性质及蓄能特征发生改变，表现出与浅部不同的强压缩特性。若开挖后对高蓄能水平岩体造成扰动，极易导致能量释放，造成岩爆等灾害。深部高应力状态下岩石材料蓄能能力的评价对工程选址、开挖及支护设计有指导作用。
2、岩石宏观力学性能受细观结构的控制，岩石力学实验前对细观结构的评价十分必要。岩石是由不同强度的成分组成，不同组分的多寡、分布情况导致了岩石的非均质性、非均匀性。组成中含量最多的成分被称作“优势相”，优势相对岩石的力学性质、蓄能特征起主导作用。通过细观评价测试对岩石非均质、非均匀性进行定量评价并寻找优势相是首要工作。
3、岩石的能量相关测试通过压缩实验进行，在压缩过程中借助声发射技术能够监测到部分释放的能量，与细观分析结果对应分析不同成分对蓄能能力贡献率，判断优势相临界状态，完成高应力状态下岩石的体积能量测试，对岩石蓄能能力进行评价。
4、综上所述，通过岩石的细观结构分析测试，利用压缩实验完成岩石的蓄能特征分析，弥补现有深部岩石材料蓄能能力评价技术空白。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术的不足，旨在提供一种高应力状态下岩石材料蓄能能力的评价方法及系统，通过对岩石非均质、非均匀性进行定量分析，判断组成的优势相，通过力学实验分析不同成分对蓄能能力的贡献率，对岩
2、为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
3、一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，包括以下步骤：
4、步骤s1：钻取目标地层岩石材料，制成圆盘体和圆柱体试样；
5、步骤s2：对圆盘体试样进行巴西劈裂实验，获取非均质度和非均匀度；
6、步骤s3：对圆柱体试样进行单轴加载，获得受力过程中明显声发射出现时的圆柱体应力水平，即为岩石的优势相圆柱体临界应力水平；
7、根据岩石的应力-应变曲线，按照公式（4）进行积分，计算总变形能 u：
8、（4）
9、式（4）中，为应变值，为应力值；
10、记录单轴加载过程的最大应力值，计算弹性释放能：
11、（5）
12、式（5）中，是岩石的弹性模量；
13、通过总变形能 u与弹性释放能计算体积能量：
14、（6）；
15、步骤s4：综合非均质度、非均匀度、优势相临界应力水平和体积能量评价岩石材料蓄能能力。
16、优选地，所述步骤s2包括：
17、按照式（3）计算圆盘体应力水平，并划分不同圆盘体应力水平阶段，根据不同圆盘体应力水平阶段的声发射事件占比，获取目标地层岩石材料的优势相；
18、（3）
19、式中，为圆盘体应力水平，为圆盘体所受应力，为圆盘体的抗压强度。
20、优选地，所述步骤s2包括：
21、s2-1：在圆盘体试样中间均匀布置3个应变片，在圆盘体试样两侧布置两个声发射探头；
22、s2-2：根据公式（1）计算岩石非均质度：
23、（1）
24、式（1）中：为岩石的非均质度，、、是3个应变片实时采集的应变，为应变片实时采集数值的标准差，为应变片实时采集数值的均值。
25、优选地，所述步骤s2还包括：
26、s2-3：根据公式（2）计算岩石非均匀度：
27、（2）
28、式（2）中：为岩石的非均匀度，根据公式（3）计算圆盘体应力水平，以0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0为阶段点，当圆盘体应力水平为0-0.1时记为第1应力水平阶段，当圆盘体应力水平为0.1-0.2时记为第2应力水平阶段，依次类推，划分为10个应力水平阶段，记为应力水平阶段数，为1-10，为第个圆盘体应力水平阶段的声发射事件，为全部圆盘体应力水平阶段声发射事件总和，为第圆盘体应力水平阶段的声发射事件占比，为每一圆盘体应力水平阶段声发射事件占比的标准差。
29、优选地，所述步骤s3中的获得受力过程中明显声发射出现时的应力水平，即为岩石的优势相临界应力水平包括：
30、记录单轴加载过程中明显声发射出现时的应力，按照式（7）换算此时的圆柱体应力水平，即为优势相临界应力水平；
31、（7）
32、式中，为圆柱体应力水平，为圆柱体所受应力，为圆柱体的抗压强度。
33、优选地，在步骤s2中，将圆盘体应力水平划分为弱相、中相、强相三个阶段，对应的圆盘体应力水平分别介于0.2-0.4、0.5-0.7、0.8-1.0之间，分别计算三个阶段的声发射事件占比，占比最多的阶段所对应的岩石组分是岩石的优势相。
34、优选地，在步骤s4中，所述岩石蓄能能力评价方式如：
35、非均质度分类，ⅰ类：＞0.7、ⅱ类：介于0.4-0.7之间、ⅲ类：＜0.4；
36、非均匀度分类，ⅰ类：＞0.05、ⅱ类：介于0.03-0.05之间、ⅲ类：＜0.03；
37、圆盘体应力水平分类，（1）若优势相是强相，优势相临界应力水平分类为ⅰ类：＞0.65、ⅱ类：介于0.5-0.65之间、ⅲ类：＜0.5；（2）若优势相是中相或弱相，优势相临界应力水平分类为ⅰ类：＞0.7、ⅱ类：介于0.55-0.7之间、ⅲ类：＜0.55；
38、体积能量分类，ⅰ类：＞10、ⅱ类：介于6-10之间、ⅲ类：＜6；
39、若非均质度、非均匀度、圆盘体应力水平、体积能量四项中有三项的分类值为ⅰ类，则岩石蓄能能力评价为：强；
40、若非均质度、非均匀度、圆盘体应力水平、体积能量四项中有三项的分类值为ⅲ类，则岩石蓄能能力评价为：弱；
41、除强和弱以外的岩石蓄能能力为：中。
42、优选地，所述步骤s1中，圆盘体试样规格为φ50mm×25mm，圆柱体试样规格为φ50mm×100mm，表面不平整度小于0.05mm。
43、另一方面，本申请还请求保护一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价系统，包括：
44、实验数据收集处理模块，获取圆盘体和圆柱体试样的实验数据并进行处理，其中，
45、优势相划分单元，所述优势相划分单元用于获取圆盘体巴西劈裂实验数据，并按照式（3）计算圆盘体应力水平，划分不同圆盘体应力水平阶段，根据不同圆盘体应力水平阶段的声发射事件占比，获取目标地层岩石材料的优势相；
46、（3）
47、式中，为圆盘体应力水平，为本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
3.根据权利要求1或2所述的一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
4.根据权利要求2所述的一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：
5.根据权利要求1或2所述的一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，其特征在于，所述步骤S3中的获得受力过程中明显声发射出现时的应力水平，即为岩石的优势相临界应力水平包括：
6.根据权利要求2所述的一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，其特征在于，在步骤S2中，将圆盘体应力水平划分为弱相、中相、强相三个阶段，对应的圆盘体应力水平分别介于0.2-0.4、0.5-0.7、0.8-1.0之间，分别计算三个阶段的声发射事件占比，占比最多的阶段所对应的岩石组分是岩石的优势相。
7.根据权利要求6所述的一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，其特
8.根据权利要求1所述的一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，其特征在于，所述步骤S1中，圆盘体试样规格为φ50mm×25mm，圆柱体试样规格为φ50mm×100mm，表面不平整度小于0.05mm。
9.一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价系统，其特征在于，包括：
10.根据权利要求9所述的一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价系统，其特征在于，所述实验数据收集处理模块还包括：
...【技术特征摘要】
1.一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，其特征在于，所述步骤s2包括：
3.根据权利要求1或2所述的一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，其特征在于，所述步骤s2包括：
4.根据权利要求2所述的一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，其特征在于，所述步骤s2还包括：
5.根据权利要求1或2所述的一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，其特征在于，所述步骤s3中的获得受力过程中明显声发射出现时的应力水平，即为岩石的优势相临界应力水平包括：
6.根据权利要求2所述的一种高应力状态下岩石材料蓄能能力评价方法，其特征在于，在步骤s2中，将圆盘体应力水平划分为弱相、中...
【专利技术属性】
技术研发人员：张春瑞，贺永胜，纪洪广，高家政，张月征，李东洋，姜文静，王傲，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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