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原文传递一种岩石变形破坏模式预测方法

专利名称：	一种岩石变形破坏模式预测方法
摘要：	本发明公开了一种岩石变形破坏模式预测方法,包括以下步骤：S1：将三轴应力作用下的岩石爆破抽象为一个含球形空腔的无限弹性介质模型的动静加载过程：S2：测量地下原岩应力场，获得地应力场的三个主应力分量σx0，σy0，σz0；S3：测定爆破对象岩石的密度ρ、泊松比μ以及弹性模量E；S4：根据岩石的三轴试验结果，获得岩石在不同围压下的屈服应力；解决了现有技术中设备费用高、有一定危险性、试验不方便、非三轴应力状态、软件价格高、使用门槛高和模拟步骤繁琐的问题。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	四川;51
申请人：	四川大学
发明人：	鲁功达;杨兴国;徐昊;陶剑;李洪涛;周家文
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910340651.8
公开号：	CN110031304A
代理机构：	成都方圆聿联专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	曹少华
分类号：	G01N3/08(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	610065 四川省成都市一环路南一段24号
主权项：	1.一种岩石变形破坏模式预测方法,其特征在于，包括以下步骤： S1：将三轴应力作用下的岩石爆破抽象为一个含球形空腔的无限弹性介质模型的动静加载过程； S2：测量地下原岩应力场，获得地应力场的三个主应力分量σx0，σy0，σz0； S3：测定爆破对象岩石的密度ρ、泊松比μ以及弹性模量E； S4：根据岩石的三轴试验结果，获得岩石在不同围压下的屈服应力； S5：计算对应的应力张量第一不变量I1以及应力偏张量第二不变量J2，以-I1值为横坐标，对应的为纵坐标，在平面直角坐标系中标记不同围压下的屈服应力状态对以上散点数据进行拟合，结合岩石单轴拉伸试验或巴西圆盘试验测定的抗拉强度σt，获得岩石的完整屈服面； S6：根据地应力场的三个主应力分量σx0，σy0，σz0，首先计算在σz0作用下的静态应力场，根据球坐标系内弹性介质中的点的应力状态计算方法，计算出 S7：在σy0，σx0分别作用下的静态应力场，根据球坐标系内弹性介质中的点的应力状态计算方法，计算在σy0，σx0分别作用下含球形空腔的弹性介质中的应力状态 S8：将分别由σx0，σy0，σz0产生的应力场叠加起来，得到在远场三轴地应力作用下的静态应力分布 S9：对于在球腔壁上的爆炸荷载作用下的岩石动态响应，根据胡克定律，写出各应力分量与径向位移之间的关系式： S10：根据达朗贝尔原理，写出球面波传播的控制方程、边界条件以及初始条件：式中，φ(r,t)是位移势函数，t是弹性波传播的时间，c1是纵波波速，P(t)是爆炸压力函数，其表达式为P(t)＝PVN(eγ/n)ntne-γt，其中，PVN是爆炸峰值压力，一般n＝3，γ＝0.7，求解以上控制方程可得：式中， λ1＝-C4 S11：根据位移势力函数的表达式，写出径向位移的表达式为： S12：根据径向位移表达式及关于r的偏导代入到各应力分量与径向位移之间的关系式中，可求得在爆炸荷载作用下介质的瞬时应力状态 S13：将静态应力状态与动态应力响应叠加，可得到在真三轴地应力作用下的岩石爆炸动力响应 S14：将σij投影至应力不变量空间(-I1 vs.J2)中，绘制点P的应力轨迹，根据应力轨迹与屈服面的相互关系，分析岩石的爆炸响应。 2.根据权利要求1所述的岩石变形破坏模式预测方法,其特征在于，所述S1包括以下子步骤： S11：将远场地应力作用于弹性介质的三个正交方向上； S12：将爆炸压力作用于球形空腔内表面； S13：计算在远场地应力作用下介质中的静态应力分布； S14：计算在爆炸荷载作用下的介质动态响应； S15：将静态应力和动态响应叠加起来。 3.根据权利要求1所述的岩石变形破坏模式预测方法,其特征在于，所述S3的球坐标系内弹性介质中的点的应力状态计算方法为式中，R＝r/a，α＝2(1-μ)，A＝-σz0(2+5α)/[2(4+5α)]，B＝σz0/(4+5α)，C＝5σz0/(4+5α)，a为球腔半径，r是球腔中心到任一点的距离。 4.根据权利要求1所述的岩石变形破坏模式预测方法,其特征在于，所述S14包括以下子步骤： S141：判断应力轨迹与岩石屈服面的关系；若不相交，则进入步骤S142；若相交于拉破坏段，则进入步骤S143；若相交于剪胀段，则进入步骤S144；若相交于剪缩段，则进入步骤S145； S142：代表岩石未屈服，处于弹性振动状态； S143：代表岩石发生拉破坏，为产生平行于最大主应力方向的拉裂隙； S144：代表岩石发生脆性剪切破坏，为岩石产生剪胀、扩容，常伴随岩石渗透性的增强和刚度、强度的降低； S145：代表岩石发生韧性屈服，为岩石在爆炸荷载作用下发生孔隙压缩，岩石内部产生大量微观裂隙，消耗大量能量，岩石的渗透性可能降低，其刚度、强度可能提高。
所属类别：	发明专利