一种岩石弹性介质弹性模量测算方法及系统

本发明涉及弹性模量测算，特别是涉及一种岩石弹性介质弹性模量测算方法及系统。

背景技术：

1、众所周知，岩石弹性模量是表征岩石弹性变形特征的基本力学指标。然而，经历亿万年的地质作用，岩石内部广泛分布的微观孔隙和裂纹，其应力–应变关系也表现出强烈的非线性特征，此类岩石被称为“非线性弹性岩石”。常规的岩石弹性模量确定方法多以岩石应力应变曲线的线性弹性阶段的切向斜率来确定。采用这种方法，测出的岩石的弹性模量具有较大的离散性，对工程应用造成了很多不便。究其原因，同一种岩性，由于赋存条件和所受地质作用的差异，岩石内部的孔隙率不同。而孔隙率的是岩石线弹性变形阶段切向模量et的重要影响因素。一般地，当孔隙率越大，岩石线弹性变形阶段切向模量et就越小；反之，就越大。显然，常规测出的岩石线弹性变形阶段切向模量et是岩石中弹性介质和孔隙率综合作用的结果，采用岩石线弹性变形阶段切向模量et来衡量非线性弹性类岩石的变形特性不够准确。因此，亟需一种不受孔隙率的影响，且具有工程或科学意义的弹性模量的测算方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述技术问题，提出一种岩石弹性介质弹性模量测算方法及系统，准确测算岩石的弹性介质弹性模量，促进深部非线性岩石力学体系的构建。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种岩石弹性介质弹性模量测算方法,包括：

4、获取岩石弹性变形过程数据信息；

5、基于所述岩石弹性变形过程数据信息生成岩石应力-应变曲线；

6、基于所述岩石应力-应变曲线建立所述岩石应力-应变曲线的双曲线模型；

7、基于所述岩石应力-应变曲线的双曲线模型测算岩石弹性介质弹性模量。

8、进一步地，生成所述岩石应力-应变曲线包括：

9、实施单轴加载下的岩石弹性变形试验，测量岩石弹性变形过程的应力、应变数据，基于所述应力、应变数据获取所述岩石的应力-应变曲线。

10、进一步地，进行所述单轴加载下的岩石弹性变形试验时，加载过程中最大荷载为岩石加载破坏峰值荷载的一半，用于保证测得的岩石应力、应变数据处于弹性变形阶段。

11、进一步地，建立所述岩石应力-应变曲线的双曲线模型包括：

12、根据单轴压缩条件下所述岩石应力-应变曲线呈向下凸的特点，基于双曲线拟合所述岩石应力-应变曲线的双曲线数学模型，获取所述岩石应力-应变曲线的双曲线数学模型的待定系数，获得所述岩石应力-应变曲线的双曲线模型。

13、进一步地，所述岩石应力-应变曲线的双曲线数学模型为：

14、

15、其中，σ为应力，ε为应变，a、b为模型的待定系数。

16、进一步地，获取所述岩石应力-应变曲线的双曲线数学模型的待定系数时采用最小二乘法。

17、进一步地，获取所述岩石应力-应变曲线的双曲线数学模型的待定系数包括：

18、构建所述岩石应力-应变曲线的双曲线数学模型的渐近线模型，采用非线性拟合方法，对实测应变、应力数据进行拟合，计算所述岩石应力-应变曲线的双曲线数学模型的待定系数。

19、进一步地，基于所述岩石应力-应变曲线的双曲线模型测算岩石弹性介质弹性模量包括：

20、基于所述岩石应力-应变曲线的双曲线数学模型的待定系数计算所述渐近线模型的斜率，所述斜率即为所述岩石的弹性介质弹性模量e0，公式为：

21、

22、为进一步优化技术方案，本发明还提供了一种岩石弹性介质弹性模量测算系统，包括：

23、数据获取模块，用于基于岩石弹性变形试验获取岩石弹性变形过程的应力、应变数据；

24、模型构建模块，用于基于所述岩石弹性变形过程的应力、应变数据绘制岩石应力-应变曲线，并通过所述岩石应力-应变曲线构建所述岩石应力-应变曲线的双曲线模型；

25、测算模块，用于基于所述岩石应力-应变曲线的双曲线模型测算岩石弹性介质弹性模量。

26、本发明的有益效果为：

27、本发明将岩石视为孔隙和弹性介质两部分组成的弹性体，由于弹性介质独立于孔隙，其弹性模量不受孔隙率的影响，更能准确反映岩石的弹性力学特性，因此提出了一种“岩石弹性介质弹性模量”新概念，并根据所建立的岩石应力-应变曲线的双曲线模型，以及模型参数与岩石弹性介质弹性模量的定量关系，实现了只用岩石单轴加载弹性变形过程的应力-应变曲线，即可测算岩石的弹性介质弹性模量，对深部非线性岩石力学体系的构建具有重要的促进作用。

技术特征：

1.一种岩石弹性介质弹性模量测算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的岩石弹性介质弹性模量测算方法，其特征在于，生成所述岩石应力-应变曲线包括：

3.根据权利要求2所述的岩石弹性介质弹性模量测算方法，其特征在于，进行所述单轴加载下的岩石弹性变形试验时，加载过程中最大荷载为岩石加载破坏峰值荷载的一半，用于保证测得的岩石应力、应变数据处于弹性变形阶段。

4.根据权利要求1所述的岩石弹性介质弹性模量测算方法，其特征在于，建立所述岩石应力-应变曲线的双曲线模型包括：

5.根据权利要求1所述的岩石弹性介质弹性模量测算方法，其特征在于，所述岩石应力-应变曲线的双曲线数学模型为：

6.根据权利要求4所述的岩石弹性介质弹性模量测算方法，其特征在于，获取所述岩石应力-应变曲线的双曲线数学模型的待定系数时采用最小二乘法。

7.根据权利要求4所述的岩石弹性介质弹性模量测算方法，其特征在于，获取所述岩石应力-应变曲线的双曲线数学模型的待定系数包括：

8.根据权利要求7所述的岩石弹性介质弹性模量测算方法，其特征在于，基于所述岩石应力-应变曲线的双曲线模型测算岩石弹性介质弹性模量包括：

9.一种基于权利要求1所述的岩石弹性介质弹性模量测算方法的测算系统，包括：

技术总结
本发明涉及一种岩石弹性介质弹性模量测算方法及系统，包括：获取岩石弹性变形过程数据信息；基于所述岩石弹性变形过程数据信息生成岩石应力‑应变曲线；基于所述岩石应力‑应变曲线建立所述岩石应力‑应变曲线的双曲线模型；基于所述岩石应力‑应变曲线的双曲线模型测算岩石弹性介质弹性模量。本发明实现了只用岩石单轴加载弹性变形过程的应力‑应变曲线，即可测算岩石的弹性介质弹性模量，对深部非线性岩石力学体系的完善具有重要的促进作用。

技术研发人员：高祥,杨科,殷志强,李英明,张向阳,张庆贺
受保护的技术使用者：安徽理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13