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专利号: 2020109090920
申请人: 中南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-11-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种岩石在三轴压缩条件下破坏准则的构建方法,其特征在于,本方法包括以下步骤:

S1、针对线性Mohr‑Coulomb准则存在高估低围压段峰值强度,无法表征高围压段岩石破坏非线性特征的问题,依托Mohr‑Coulomb准则与内摩擦角φ构建新的中间变量S2、基于理论分析与试验结果分析,建立中间变量X随围压σ3变化的合理的函数表达式;

S3、将中间变量X代入Mohr‑Coulomb准则中,经过参数替换得到一个新的用于岩石常规三轴受压分析的经验破坏准则表达式;

S4、采用多种岩石的试验数据对步骤S3得到的新准则进行验证,并通过与现有五种常用准则的对比证明新准则的优越性。

2.根据权利要求1所述的岩石在三轴压缩条件下破坏准则的构建方法,其特征在于,所述步骤S1得到中间变量 的步骤如下:根据Mohr‑Coulomb准则,三轴抗压破坏时的强度σ1与围压σ3的线性关系可表示为:其中c和φ分别为岩石的粘聚力和内摩擦角,k和b分别为抗压强度‑围压曲线的斜率和截距;

引入中间变量 则公式(1)中k和b与中间变量 存在如下关系:

3.根据权利要求2所述的岩石在三轴压缩条件下破坏准则的构建方法,其特征在于,所述步骤S2的具体步骤如下:

引入指数形式对线性Mohr‑CoulombC准则进行修正并进一步改进来描述三轴抗压强度的非线性特性,具体如下:

公式(1)中σ1与σ3的关系可由公式(2)与中间变量 改写为:2

σ1=Xσ3+2cX   (3)公式(3)可以看成一个自变量为X的一元二次方程:2

σ3X+2cX‑σ1=0   (4)该方程的两个根分别为:

从X的定义 来看,负根X2应该舍去,且下式成立,说明中间变量X随围压σ3的变化规律符合负指数型函数关系,因此采用负指数函数来描述变量X与围压σ3的关系式如下:其中A、B为拟合参数。

4.根据权利要求3所述的岩石在三轴压缩条件下破坏准则的构建方法,其特征在于,所述步骤S3的具体步骤如下:

将公式(7)代入公式(3)中得到一个新的用于岩石常规三轴受压分析的经验破坏准则表达式如下:

5.根据权利要求4所述的岩石在三轴压缩条件下破坏准则的构建方法,其特征在于,步骤S4的具体步骤如下:

S4.1、通过三轴试验数据来验证所述公式(8)对岩石三轴抗压强度的预测能力选取多种不同岩石类型的多个常规三轴压缩试验数据,通过公式(8)对试验数据进行拟合,并得出相应的拟合曲线图,从而得出三轴抗压强度σ1随围压σ3的非线性变化;

S4.2、选取试验数据,分别通过Mohr–Coulomb准则、Hoek‑Brown准则、Negative power准则、Modified Mohr–Coulomb准则、Modified Hoek‑Brown准则和公式(8)对试验数据的三轴抗压强度进行预测,预测时分别采用相对差值RDi、平均绝对相对误差百分比AAREP、均方2

根误差RMSE和回归R‑square值R 这四种不同的统计误差度量方法来量化评价每个准则的预测精度,这些误差测量的方程如下:其中σ1,pre是各准则的预测值,σ1,test是试验值,N是测试数据总数,σ1,ave为试验值的平均值。