一種確定巖石非定常蠕變參數(shù)的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于巖土工程領(lǐng)域，具體地,涉及一種確定巖石非定常蠕變參數(shù)的方法。具體步驟如下：第一步，制作巖石試件；第二步，安裝巖石試樣；第三步，分級(jí)加載蠕變?cè)囼?yàn)；第四步，提出非定常蠕變本構(gòu)模型和確定非定常蠕變本構(gòu)方程；第五步，確定長(zhǎng)期強(qiáng)度；第六步，在對(duì)每一級(jí)荷載作用時(shí)間分段；第七步，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)運(yùn)用origin，基于最小二乘法原理求出各應(yīng)力水平蠕變參數(shù)的數(shù)值。本發(fā)明專利技術(shù)能夠真實(shí)地反映蠕變參數(shù)隨時(shí)間和應(yīng)力變化情況，能較好地反映衰減蠕變階段與穩(wěn)定蠕變階段巖石結(jié)構(gòu)的劣化過程，將確定的非定常蠕變參數(shù)帶入蠕變方程能較好地模擬砂巖衰減蠕變與穩(wěn)定蠕變階段的蠕變特性，對(duì)優(yōu)化巷道圍巖支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)和分析圍巖失穩(wěn)特性有重要的參考意義。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及巖土工程領(lǐng)域，尤其涉及一種確定巖石非定常蠕變參數(shù)的方法。
技術(shù)介紹
隨著煤炭開采向著深度不斷發(fā)展，與此同時(shí)，地下深部巖體工程所面臨的問題也愈加復(fù)雜化，工程災(zāi)害譬如巖爆、瓦斯爆炸、井壁突水破裂、巷道周圍巖石蠕變變形過大導(dǎo)致失穩(wěn)破壞等也日漸頻發(fā)。這些由于深部開采引起的工程災(zāi)害已經(jīng)不僅嚴(yán)重影響了資源開采的正常進(jìn)行，同時(shí)浪費(fèi)了人力財(cái)力，也嚴(yán)重威脅到了工程施工人員的生命安全。而深部工程巖體常常處于高溫度場(chǎng)、高滲流場(chǎng)、高地應(yīng)力以及高瓦斯等等復(fù)雜地質(zhì)條件下，這種復(fù)雜多變的環(huán)境使得堅(jiān)硬巖體的流變特性變得顯著。充分考慮巖體流變效應(yīng)，這對(duì)于深部工程設(shè)計(jì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性與施工的安全性是不可回避的問題，同時(shí)也提出了更為艱巨的任務(wù)與挑戰(zhàn)。目前關(guān)于巖石流變問題的研究大多將流變參數(shù)視為常數(shù)，或者采用非線性元件代替線性元件來(lái)描述加速蠕變階段，而在實(shí)際的復(fù)雜地質(zhì)條件下，這些力學(xué)參數(shù)往往隨應(yīng)力和時(shí)間而發(fā)生變化。諸多研究充分地表述了蠕變的變形特性，然而忽略了應(yīng)力狀態(tài)與時(shí)間對(duì)蠕變參數(shù)的影響，對(duì)于把蠕變參數(shù)視為非定常的，再進(jìn)行非線性流變本構(gòu)關(guān)系的分析計(jì)算研究資料確很少。李順才在一種同時(shí)測(cè)定破碎巖石蠕變參數(shù)及滲透參數(shù)的操作方法的專利專利技術(shù)中雖然提供了一種測(cè)定巖石蠕變參數(shù)的方法，但是只是把蠕變參數(shù)視為定常數(shù)，并未涉及到變參數(shù)的確定。綜上所述，有必要對(duì)測(cè)定非定常蠕變參數(shù)作進(jìn)一步完善。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
在實(shí)際復(fù)雜地質(zhì)條件下，巖石的力學(xué)參數(shù)往往隨應(yīng)力和時(shí)間而發(fā)生變化，本專利技術(shù)提供一種確定巖石非定常蠕變參數(shù)的方法，不僅可以較好地反映巖石蠕變的全過程，而且蠕變參數(shù)的變化也可以反映衰減蠕變階段與穩(wěn)定蠕變階段巖石結(jié)構(gòu)的劣化過程，使蠕變方程能較好地模擬砂巖衰減蠕變與穩(wěn)定蠕變階段的蠕變特性，對(duì)于研究深部巖體的流變特性和實(shí)際工程應(yīng)用具有重要的意義；另外，該方法操作簡(jiǎn)單，真實(shí)性強(qiáng)，成本低廉，在此基礎(chǔ)還可以加入不同場(chǎng)之間的耦合去更真實(shí)描述實(shí)際工程情況，來(lái)獲取更接近實(shí)際的非定常蠕變參數(shù)和其他力學(xué)參數(shù)等，具有較好的實(shí)用性。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，上述的確定巖石非定常蠕變參數(shù)的方法，具體包括以下七個(gè)步驟：第一步，制作巖石試件；第二步，安裝巖石試樣；第三步，分級(jí)加載蠕變?cè)囼?yàn)；第四步，提出非定常蠕變本構(gòu)模型和確定非定常蠕變本構(gòu)方程；第五步，確定長(zhǎng)期強(qiáng)度；第六步，在對(duì)每一級(jí)荷載作用時(shí)間分段；第七步，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)并運(yùn)用origin，基于最小二乘法原理求出各應(yīng)力水平蠕變參數(shù)的數(shù)值。制作巖石試樣方法如下：獲得直徑50mm，高度100mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試樣，使試樣的直徑誤差不超出0.3mm，兩端面的不平行度最大不超過 0.05mm 且垂直于試樣軸線，最大偏差不超過0.25°，采用聲波檢測(cè)系統(tǒng)挑選波速相近的巖石試樣作為三軸試驗(yàn)用試件。安裝巖石試樣在試件兩端面均勻涂抹凡士林，以減少剛性墊塊與試件端面之間的摩擦力，最大限度地消除端部效應(yīng)；利用細(xì)鐵絲箍套管與鐵塊連接處，確保密封性，避免在試驗(yàn)過程中試樣進(jìn)油以及試件破壞后巖石碎屑對(duì)油造成污染；安裝軸向位移傳感器和鏈?zhǔn)綑M向位移傳感器，盡量使橫向位移傳感器與試件底面保持水平，軸向位移傳感器的接觸點(diǎn)對(duì)稱且水平；將安裝好的試件置于伺服試驗(yàn)機(jī)承壓板中心固定好。進(jìn)行分級(jí)加載蠕變?cè)囼?yàn)，在封閉壓力室，待壓力室油充滿之后，預(yù)施加1KN的軸向荷載與0.5MPa的圍壓，使試件與荷載施加儀器充分接觸，反復(fù)調(diào)試進(jìn)油與透氣閥門，將壓力室內(nèi)部的空氣排盡；以500N/s的加載速率同步施加側(cè)向壓力及軸向壓力至預(yù)定的圍壓值，使試件處于靜水壓力狀態(tài)并保持側(cè)向壓力在實(shí)驗(yàn)過程中不變，注意圍壓活塞的進(jìn)程，避免實(shí)驗(yàn)過程中圍壓的減少；設(shè)計(jì)相應(yīng)加載程序，設(shè)定位移上限值，采用位移控制方式以0.002mm/s的加載速率施加軸向荷載；注意觀察試驗(yàn)曲線，巖樣破壞后，逐漸卸軸壓與圍壓至0，將試驗(yàn)數(shù)據(jù)保存并導(dǎo)出，充分回油之后取出巖樣，取下位移傳感器并整理清潔實(shí)驗(yàn)器材。所述的確定巖石非定常蠕變參數(shù)的方法，用來(lái)確定長(zhǎng)期強(qiáng)度。對(duì)于時(shí)間進(jìn)行分段：針對(duì)各級(jí)應(yīng)力條件下的試驗(yàn)曲線，在前幾級(jí)荷載作用下可以根據(jù)所做蠕變?cè)囼?yàn)時(shí)間的長(zhǎng)短進(jìn)行劃分時(shí)間段（t可以等時(shí)間段選?。捎谠谧詈笠患?jí)荷載作用下試樣已經(jīng)破壞，t的取值視荷載持續(xù)時(shí)間而定，并且認(rèn)為在各時(shí)刻t附近的30min區(qū)間內(nèi)蠕變參數(shù)沒有變化。采用最小二乘法中的Levenberg-Marquard優(yōu)化算法對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)求解的方法，詳細(xì)可參照Levenberg-Marquard優(yōu)化算法的基本原理。本專利技術(shù)提供一種確定巖石非定常蠕變參數(shù)的方法，不僅可以較好地反映巖石蠕變的全過程，而且蠕變參數(shù)的變化也可以反映衰減蠕變階段與穩(wěn)定蠕變階段巖石結(jié)構(gòu)的劣化過程，使蠕變方程能較好地模擬砂巖衰減蠕變與穩(wěn)定蠕變階段的蠕變特性，對(duì)于研究深部巖體的流變特性和實(shí)際工程應(yīng)用具有重要的意義；另外，該方法操作簡(jiǎn)單，真實(shí)性強(qiáng)，成本低廉，在此基礎(chǔ)還可以加入不同場(chǎng)之間的耦合去更真實(shí)描述實(shí)際工程情況，來(lái)獲取更接近實(shí)際的非定常蠕變參數(shù)和其他力學(xué)參數(shù)等，具有較好的實(shí)用性。附圖說(shuō)明圖1 為本專利技術(shù)的確定巖石非定常蠕變參數(shù)的方法流程示意圖。圖2 為使用本專利技術(shù)的方法得到的巖石等時(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線圖。具體實(shí)施方式在實(shí)際復(fù)雜地質(zhì)條件下，巖石的力學(xué)參數(shù)往往隨應(yīng)力和時(shí)間而發(fā)生變化，本專利技術(shù)提供一種確定巖石非定常蠕變參數(shù)的方法，不僅可以較好地反映巖石蠕變的全過程，而且蠕變參數(shù)的變化也可以反映衰減蠕變階段與穩(wěn)定蠕變階段巖石結(jié)構(gòu)的劣化過程，使蠕變方程能較好地模擬砂巖衰減蠕變與穩(wěn)定蠕變階段的蠕變特性，對(duì)于研究深部巖體的流變特性和實(shí)際工程應(yīng)用具有重要的意義；另外，該方法操作簡(jiǎn)單，真實(shí)性強(qiáng)，成本低廉，在此基礎(chǔ)還可以加入不同場(chǎng)之間的耦合去更真實(shí)描述實(shí)際工程情況，來(lái)獲取更接近實(shí)際的非定常蠕變參數(shù)和其他力學(xué)參數(shù)等，具有較好的實(shí)用性。本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，上述的確定巖石非定常蠕變參數(shù)的方法，具體包括以下七個(gè)步驟：第一步，制作巖石試件；第二步，安裝巖石試樣；第三步，分級(jí)加載蠕變?cè)囼?yàn)；第四步，提出非定常蠕變本構(gòu)模型和確定非定常蠕變本構(gòu)方程；第五步，確定長(zhǎng)期強(qiáng)度；第六步，在對(duì)每一級(jí)荷載作用時(shí)間分段；第七步，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)并運(yùn)用origin，基于最小二乘法原理求出各應(yīng)力水平蠕變參數(shù)的數(shù)值。制作巖石試樣方法如下：獲得直徑50mm，高度100mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試樣，使試樣的直徑誤差不超出0.3mm，兩端面的不平行度最大不超過 0.05mm 且垂直于試樣軸線，最大偏差不超過0.25°，采用聲波檢測(cè)系統(tǒng)挑選波速相近的巖石試樣作為三軸試驗(yàn)用試件。安裝巖石試樣在試件兩端面均勻涂抹凡士林，以減少剛性墊塊與試件端面之間的摩擦力，最大限度地消除端部效應(yīng)；利用細(xì)鐵絲箍套管與鐵塊連接處，確保密封性，避免在試驗(yàn)過程中試樣進(jìn)油以及試件破壞后巖石碎屑對(duì)油造成污染；安裝軸向位移傳感器和鏈?zhǔn)綑M向位移傳感器，盡量使橫向位移傳感器與試件底面保持水平，軸向位移傳感器的接觸點(diǎn)對(duì)稱且水平；將安裝好的試件置于伺服試驗(yàn)機(jī)承壓板中心固定好。進(jìn)行分級(jí)加載蠕變?cè)囼?yàn)，在封閉壓力室，待壓力室油充滿之后，預(yù)施加1KN的軸向荷載與0.5MPa的圍壓，使試件與荷載施加儀器充分接觸，反復(fù)調(diào)試進(jìn)油與透氣閥門，將壓力室內(nèi)部的空氣排盡；以500N/s的加載速率同步施加側(cè)向壓力及軸向壓力至預(yù)定的圍壓值，使試件處于靜水本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種確定巖石非定常蠕變參數(shù)的方法，其特征在于，包括以下具體步驟：第一步，制作巖石試件；第二步，安裝巖石試樣；第三步，分級(jí)加載蠕變?cè)囼?yàn)；第四步，提出非定常蠕變本構(gòu)模型和確定非定常蠕變本構(gòu)方程；第五步，確定長(zhǎng)期強(qiáng)度；第六步，對(duì)每一級(jí)荷載作用時(shí)間分段；第七步，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)并運(yùn)用origin，基于最小二乘法原理求出各應(yīng)力水平下蠕變參數(shù)的數(shù)值。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種確定巖石非定常蠕變參數(shù)的方法，其特征在于，包括以下具體步驟：第一步，制作巖石試件；第二步，安裝巖石試樣；第三步，分級(jí)加載蠕變?cè)囼?yàn)；第四步，提出非定常蠕變本構(gòu)模型和確定非定常蠕變本構(gòu)方程；第五步，確定長(zhǎng)期強(qiáng)度；第六步，對(duì)每一級(jí)荷載作用時(shí)間分段；第七步，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)并運(yùn)用origin，基于最小二乘法原理求出各應(yīng)力水平下蠕變參數(shù)的數(shù)值。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的確定巖石非定常蠕變參數(shù)的方法，其特征在于，制作巖石試樣，方法如下：獲得直徑50mm，高度100mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體試樣，使試樣的直徑誤差不超出0.3mm，兩端面的不平行度最大不超過 0.05mm 且垂直于試樣軸線，最大偏差不超過0.25°，采用聲波檢測(cè)系統(tǒng)挑選波速相近的巖石試樣作為三軸試驗(yàn)用試件。3.根據(jù)權(quán)利要求1-2 所述的確定巖石非定常蠕變參數(shù)的方法，其特征在于，安裝巖石試樣在試件兩端面均勻涂抹凡士林，以減少剛性墊塊與試件端面之間的摩擦力，最大限度地消除端部效應(yīng)；利用細(xì)鐵絲箍套管與鐵塊連接處，確保密封性，避免在試驗(yàn)過程中試樣進(jìn)油以及試件破壞后巖石碎屑對(duì)油造成污染；安裝軸向位移傳感器和鏈?zhǔn)綑M向位移傳感器，盡量使橫向位移傳感器與試件底面保持水平，軸向位移傳感器的接觸點(diǎn)對(duì)稱且水平；將安裝好的試件置于伺服試驗(yàn)機(jī)承壓板中心固定好。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的確定巖石非定常蠕變參...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉文博，張樹光，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：遼寧;21