一种岩体全过程变形曲线的计算方法与流程

本发明涉及工程岩体变形测试领域，特别是一种岩体全过程变形曲线的计算方法。

背景技术：

岩体的变形曲线是评价工程岩体稳定性的重要指标，它影响到工程建设的安全以及合理的施工设计。所以，岩体的变形一直都是岩体工程界的关注热点。由于岩体中大量结构面和其他充填物的存在，岩体的变形主要是岩体结构的变形和岩石材料的变形，目前，岩体的全过程变形曲线是无法通过试验获得的，岩体的部分变形曲线主要是通过原位试验进行的，但是原位试验试件发生破坏需要较大的荷载、试验的费用昂贵、周期很长、试验的设备笨重、操作复杂等等。另外，岩体的原位试验测试的试要比工程岩体小很多，其测得的参数仅仅只能代表一定范围内的岩体力学参数。所以，要想得到整个工程岩体的力学参数及工程岩体的全应力应变曲线，一定要结合岩体的基本数据并结合统计的方法来求得。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中获得岩体变形曲线方法的不足，以统计岩体力学弱环强度理论为基础，提供一种岩体全过程变形曲线的计算方法，以解决上述技术背景中提出的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种岩体全过程变形曲线的计算方法，其计算方法包括以下步骤：

s1、测量获取岩体数据；

s2、将步骤s1中得到的岩体结构数据进行二次处理，得到优势产状分组，并计算岩体的全过程变形数据；

s3、将步骤s2中得到的岩体全过程变形数据输入计算软件，绘制岩体的全过程应力应变曲线。

进一步的，在步骤s1中，所述获取岩体数据包括获取岩体结构面的倾向、倾角迹长、隙宽、粗糙度、充填物、岩石的抗压强度、结构面摩擦角。

进一步的，在步骤s2中，所述计算岩体的全过程变形数据包括计算岩体结构面的优势产状、平均半径、平均张开度、节理法向密度。

进一步的，在步骤s2中，所述计算岩体的全过程变形数据还包括：

1)、计算压密阶段岩体单元的应力，计算公式如下：

2)、计算岩体结构面滑移能量耗散的岩体应力应变关系，计算公式如下：

3)、计算岩体单轴压缩变形，计算公式如下：

σ1＝σ3tan²θ；

进一步的，在步骤s3中，所述计算软件为smrm计算软件。

进一步的，在步骤s3中，所述smrm计算软件通过sig3＝0-5mpa绘制岩体全过程应力应变曲线。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的一种岩体全过程变形曲线的计算方法，以统计岩体力学弱环强度理论为基础，综合考虑岩体地质条件,获取岩体结构数据，并通过smrm计算软件计算出岩体全过程变形数据，最后再通过smrm计算软件将岩体的全过程变形数据绘制成岩体全过程应力应变曲线图，从而为工程建设提供了更接近真实结构和环境状态的岩体信息，为工程建设提供了重要的参考数据，并在此基础上，使工程的施工设计更佳合理。

(2)本发明在绘制岩体全过程应力应变曲线图时，只需将岩体数据输入smrm计算软件中，smrm计算软件会自动计算岩体的全过程变形数据，并在此基础上自动绘制出岩体全过程应力应变曲线图，操作简单、计算周期短，克服了传统方法中实验设备笨重、实验费用昂贵以及实验周期长的弊端。

附图说明

图1为通过本发明绘制出的岩体全过程应力应变曲线图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例：

一种岩体全过程变形曲线的计算方法，其计算方法包括以下步骤：

s1、测量获取岩体数据；

s2、将步骤s1中得到的岩体结构数据进行二次处理，得到优势产状分组，并计算岩体的全过程变形数据；

s3、将步骤s2中得到的岩体全过程变形数据输入计算软件，绘制岩体的全过程应力应变曲线。

进一步的，在步骤s1中，所述获取岩体数据包括获取岩体结构面的倾向、倾角迹长、隙宽、粗糙度、充填物、岩石的抗压强度、结构面摩擦角。

进一步的，在步骤s2中，所述计算岩体的全过程变形数据包括计算岩体结构面的优势产状、平均半径、平均张开度、节理法向密度。

进一步的，在步骤s2中，所述计算岩体的全过程变形数据还包括：

1)、计算压密阶段岩体单元的应力，计算公式如下：

2)、计算岩体结构面滑移能量耗散的岩体应力应变关系，计算公式如下：

3)、计算岩体单轴压缩变形，计算公式如下：

σ1＝σ3tan²θ；

进一步的，在步骤s3中，所述计算软件为smrm计算软件。

进一步的，在步骤s3中，所述smrm计算软件通过sig3＝0-5mpa绘制岩体全过程应力应变曲线。

请参阅附图-1所示，裂隙岩体的全过程变形曲线包括：模量增大的弹性压密变形阶段；线弹性变形阶段；弹塑性变形阶段和峰后变形阶段，因此，岩体的变形过程是其连续变形和破坏的协同行为和相互转化过程，两种变形模式的转化表现为岩体变形过程曲线分段的转化，所以，在计算绘制绘制岩体的全过程应力应变曲线之前，对岩体变形过程分析的思路是：

①弹性压密变形阶段：由压应力下岩体的应力-应变关系决定，考虑结构面压缩和剪切变形贡献；

②线弹性-弹塑性变形阶段：由压应力下岩体的应力-应变关系决定。当任一组结构面达到抗压强度时，由结构面滑移引起塑性应变增量；

③峰后变形阶段：连续岩石破裂或结构面非稳定扩展引起，岩体的残余强度由结构面控制的抗压强度决定。

以下实施例将对岩体的每个变形阶段做进一步阐述：

⑴、模量增大的压密和弹性变形阶段；

裂隙岩体的压密与弹性变形由岩块和结构面两部分的变形构成，这里所说的结构面压密阶段的变形由两个部分构成：结构面的压密变形和伴随这一过程发生的结构面剪切变形，结构面的这两种变形不仅与岩体结构状态有关，也与系数k与h的作用有关，k结构面法向应力状态系数(k＝0受压；k＝1拉张)；h结构面剩余剪应力比值系数；

压密阶段岩体单元的应力-应变关系可由eij＝cijst·σst＝(c0ijst+ccijst)·st(只考虑单轴压缩的变形情形)改写为

由上式可知，随着结构面法向应力σ＝σ11cos²θ的增加，岩体的压密阶段迅速完成，变形曲线趋于常数斜率。

⑵、弹塑性变形阶段：

岩体的塑性变形是由连续岩块的塑性变形和结构面的滑移位移引起的，在受压条件下，岩块的塑性变形服从库伦判据；而结构面滑移位移则受剩余剪应力作用下的裂纹粘结力丧失和表面摩擦热能耗散控制，结构面的滑移能量耗散由两部分组成：一是结构面胶结丧失转化为断裂面表面能；一部分为结构面滑移位移产生的摩擦热能耗散，这一能量耗散过程根据断裂力学的应变能理论推导出考虑结构面滑移能量耗散的岩体应力-应变关系如下式：

由于岩体在受压过程中微裂纹的产生，使得曲线的斜率变缓，即应力-应变曲线斜率变缓，表现出塑性变形特征。

⑶、裂隙岩体的峰后变形阶段：

裂隙岩体的峰后行为是由强度控制的行为。当岩体单元中的连续岩块部分发生强度破坏，或任一组结构面发生持续扩展时，单元所能承受的荷载将迅速降低，这就意味着该单元发生破坏，岩体变形曲线进入峰后阶段。对于岩体的峰后变形，我们仍然考察单轴压缩变形，计算公式如下：

σ1＝σ3tan²θ；

最后，通过smrm计算软件将以上得出的岩体的全过程变形数据绘制成岩体的全过程应力应变曲线，如附图-1所示。

综上，本发明以统计岩体力学理论为基础，综合考虑岩体地质条件,获取岩体结构数据，并通过smrm计算软件计算出岩体全过程变形数据，最后再通过自编smrm计算软件将岩体的全过程变形数据绘制成岩体全过程应力应变曲线图，从而为工程建设提供了更接近真实结构和环境状态的岩体信息，为工程建设提供了重要的参考数据，并在此基础上，使工程的施工设计更佳合理，同时，本发明在绘制岩体全过程应力应变曲线图时，只需将岩体数据输入smrm计算软件中，smrm计算软件会自动计算岩体的全过程变形数据，并在此基础上自动绘制出岩体全过程应力应变曲线图，操作简单、计算周期短，克服了传统方法中实验设备笨重、实验费用昂贵以及实验周期长的弊端，适合在工程施工过程中使用。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。