一種由快速蠕變試驗直接確定巖體長期強度的方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種由快速蠕變試驗直接確定巖體長期強度的方法，包括以下步驟：1）對研究巖體進行分級加載蠕變試驗，得到巖體分級加載蠕變試驗曲線；2）根據(jù)分級加載蠕變試驗曲線判斷出現(xiàn)黏塑性變形的最低荷載值；3）對于出現(xiàn)黏塑性變形的試驗曲線，采用蠕變變形通式擬合得到黏塑性變形速率；4）根據(jù)黏塑性變形速率和應(yīng)力水平的關(guān)系，外推得到黏塑性變形速率為0所對應(yīng)的應(yīng)力即為長期強度。本發(fā)明專利技術(shù)既能夠縮短蠕變試驗時間，又可以由分級加載蠕變試驗曲線直接確定巖體長期強度，而不需要人為判斷拐點，從而為巖體結(jié)構(gòu)的長期安全評價提供可靠的依據(jù)。

A method for direct determination of long-term strength of rock masses by rapid creep tests

The invention provides a fast creep test method of directly determining the long-term strength of rock mass, which comprises the following steps: 1) were graded loading creep test of rock mass, rock loading creep test curves obtained classification; 2) according to the grading loading creep test curve to determine the viscosity minimum load of plastic deformation value for 3); viscoplastic deformation curves appear, the creep deformation formula fitting the visco plastic deformation rate; 4) based on the visco plastic deformation rate and stress levels, the extrapolated stress viscoplastic deformation rate is 0 corresponding to the long-term strength. The invention can shorten the creep test time, and can determine the long-term strength of rock mass by loading creep test curve classification directly, without the need for human judgment to the inflection point, so as to provide reliable basis for the safety evaluation of rock mass structure.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種由快速蠕變試驗直接確定巖體長期強度的方法
本專利技術(shù)涉及一種由巖體快速分級加載蠕變試驗曲線直接確定巖體長期強度的方法，該方法主要適用于巖體工程長期安全領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
隨著水利水電、能源、交通等領(lǐng)域工程的快速發(fā)展和建設(shè)，大型工程涉及到的壩基、隧洞、邊坡等巖體結(jié)構(gòu)在荷載作用下的長期安全性顯得尤為重要。為了評價巖體結(jié)構(gòu)的長期安全性，其中一個重要的參數(shù)即巖體長期強度。近些年來，在巖體長期強度確定方法領(lǐng)域取得了豐富的研究成果，這些成果對巖體結(jié)構(gòu)長期安全評價發(fā)揮了一定的作用。巖體長期強度的確定主要是尋求巖體在荷載作用下由黏彈性向黏塑性轉(zhuǎn)變的應(yīng)力閾值，該值對于巖體長期穩(wěn)定具有重要影響?，F(xiàn)階段，我國《水利水電工程巖石試驗規(guī)程SL264-2001》規(guī)定采用蠕變試驗等時簇曲線方法作為巖體長期強度的確定方法。此外較常用的巖體長期強度確定方法還有過渡蠕變法以及蠕變曲線第一拐點法，上述三種方法也是現(xiàn)階段確定巖體長期強度最為常用的方法。等時簇曲線法以蠕變試驗成果為基礎(chǔ)，繪制應(yīng)力-變形等時簇曲線，并以等時簇曲線拐點的水平漸近線對應(yīng)的應(yīng)力作為長期強度；過渡蠕變法則以蠕變曲線出現(xiàn)等速蠕變階段的應(yīng)力閾值作為長期強度；蠕變曲線第一拐點法以某級應(yīng)力下蠕變曲線出現(xiàn)拐點的時間趨于無窮時的應(yīng)力閾值作為長期強度。上述三種方法就理論上而言都能夠確定巖體長期強度，但由此確定長期強度時工作量大且往往精確度不高。一方面，上述方法要求對蠕變試驗曲線進行處理，該過程較為繁雜，工作量大，且會引入處理誤差；另一方面，上述方法均需人為判斷試驗曲線拐點位置，很多情況下這種拐點難以判斷且判斷誤差較大；此外，采用后兩種方法只能確定長期強度的范圍值，而得不到長期強度確定值。實際工程中，長期強度往往根據(jù)巖體蠕變試驗成果來確定，而蠕變試驗以分級加載的方式進行，因此整個蠕變試驗持續(xù)時間長，受環(huán)境因素影響大，耗費的代價很大。在對分級加載曲線進行疊加時會引入誤差，人為判斷曲線拐點也會進一步累積誤差，從而導致確定的長期強度誤差較大。此外，對于流變性較小的巖體，蠕變曲線的拐點非常不易確定，也給長期強度的確定帶來了困難。因此，在實際工程中，需要一種能夠克服上述缺點的方法來確定巖體長期強度。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是提供一種由快速蠕變試驗直接確定巖體長期強度的方法，提供一種既能夠縮短蠕變試驗時間，又可以由分級加載蠕變試驗曲線直接確定巖體長期強度，而不需要人為判斷拐點的定量方法，從而為巖體結(jié)構(gòu)的長期安全評價提供可靠的依據(jù)。本專利技術(shù)解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種由快速蠕變試驗直接確定巖體長期強度的方法，包括以下步驟：1)對研究巖體進行分級加載蠕變試驗，得到巖體分級加載蠕變試驗曲線；2)根據(jù)分級加載蠕變試驗曲線判斷出現(xiàn)黏塑性變形的最低荷載值；3)對于出現(xiàn)黏塑性變形的試驗曲線，采用蠕變變形通式擬合得到黏塑性變形速率；4)根據(jù)黏塑性變形速率和應(yīng)力水平的關(guān)系，外推得到黏塑性變形速率為0所對應(yīng)的應(yīng)力即為長期強度。在采用上述技術(shù)方案的同時，本專利技術(shù)可以采用或者組合采用以下進一步的技術(shù)方案：在分級加載蠕變試驗中不要求變形達到穩(wěn)定即可進行下一荷載級的試驗，且無需對分級加載蠕變試驗曲線進行疊加。出現(xiàn)黏塑性變形的最低荷載值是指：對于分級加載蠕變試驗曲線分別采用黏彈性蠕變變形通式(a)和黏彈塑性蠕變變形通式(b)進行逐級擬合，當擬合至某一級曲線，黏彈塑性蠕變通式擬合效果優(yōu)于黏彈性蠕變通式時，此時的荷載值即為最低荷載值，其中，黏彈性蠕變變形通式為u(t)＝A+B(1-e-Ct)，黏彈塑性蠕變變形通式為u(t)＝A+B(1-e-Ct)+Dt，式中，A，B，C，D為常數(shù)，u(t)為t時刻的變形，e為自然對數(shù)。在黏彈塑性蠕變變形通式中，D＝Eloge(σ)+F，式中，E，F(xiàn)為常數(shù)，σ為應(yīng)力。在黏彈塑性蠕變通式中的參數(shù)D表征黏塑性變形速率的大小。本專利技術(shù)的有益效果是：1)采用本專利技術(shù)的方法確定長期強度，進行巖體蠕變試驗時并不要求試驗曲線達到穩(wěn)定即可進入下級荷載試驗，可大大縮短試驗時間，節(jié)省成本，降低環(huán)境因素的影響；2)本專利技術(shù)采用的方法確定巖體長期強度無需對分級加載蠕變試驗曲線進行疊加，避免了曲線疊加引入誤差；3)本專利技術(shù)確定巖體長期強度無需人為判斷試驗曲線拐點，整個長期強度確定過程均有定量指標，確定的長期強度也是定值；4)本專利技術(shù)確定巖體長期強度方法特別適用于工程中流變性較小的硬質(zhì)巖體，因此為硬質(zhì)巖體長期強度的確定提供了相對可靠的方法。具體實施方式本專利技術(shù)的具體實施操作過程如下：1)對所研究巖體取樣，并進行快速分級加載蠕變試驗，得到分級加載蠕變試驗曲線，在蠕變試驗中并不要求變形達到穩(wěn)定即可進行下一荷載級的試驗；2)對于分級加載蠕變試驗曲線，分別采用黏彈性蠕變變形通式(a)和黏彈塑性蠕變變形通式(b)進行逐級擬合，當擬合至某一級曲線時，黏彈塑性蠕變通式擬合效果優(yōu)于黏彈性蠕變通式時，表明該級荷載下巖體已出現(xiàn)黏塑性蠕變變形；u(t)＝A+B(1-e-Ct)(a)u(t)＝A+B(1-e-Ct)+Dt(b)上述式中，A，B，C，D為常數(shù)，u(t)為t時刻的變形，e為自然對數(shù)。3)對于出現(xiàn)黏塑性變形的每一級蠕變曲線，采用黏彈塑性蠕變變形通式(b)進行擬合，得到不同荷載級下的擬合參數(shù)；4)黏彈塑性蠕變通式中的參數(shù)D表征了黏塑性變形速率的大小，因此可采用擬合式(c)擬合參數(shù)D和應(yīng)力水平的關(guān)系，進而計算得到參數(shù)D為0對應(yīng)的荷載值，該荷載即為巖體長期強度；D＝Eloge(σ)+F(c)本專利技術(shù)可以在實際工程中用于巖體及結(jié)構(gòu)面長期強度的確定，從而進一步評價巖體結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定和安全。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種由快速蠕變試驗直接確定巖體長期強度的方法，其特征在于：包括以下步驟：1)對研究巖體進行分級加載蠕變試驗，得到巖體分級加載蠕變試驗曲線；2)根據(jù)分級加載蠕變試驗曲線判斷出現(xiàn)黏塑性變形的最低荷載值；3)對于出現(xiàn)黏塑性變形的試驗曲線，采用蠕變變形通式擬合得到黏塑性變形速率；4)根據(jù)黏塑性變形速率和應(yīng)力水平的關(guān)系，外推得到黏塑性變形速率為0所對應(yīng)的應(yīng)力即為長期強度。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種由快速蠕變試驗直接確定巖體長期強度的方法，其特征在于：包括以下步驟：1)對研究巖體進行分級加載蠕變試驗，得到巖體分級加載蠕變試驗曲線；2)根據(jù)分級加載蠕變試驗曲線判斷出現(xiàn)黏塑性變形的最低荷載值；3)對于出現(xiàn)黏塑性變形的試驗曲線，采用蠕變變形通式擬合得到黏塑性變形速率；4)根據(jù)黏塑性變形速率和應(yīng)力水平的關(guān)系，外推得到黏塑性變形速率為0所對應(yīng)的應(yīng)力即為長期強度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由快速蠕變試驗直接確定巖體長期強度的方法，其特征在于：在分級加載蠕變試驗中不要求變形達到穩(wěn)定即可進行下一荷載級的試驗，且無需對分級加載蠕變試驗曲線進行疊加。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種由快速蠕變試驗直接確定巖體長期強度的方法，其特征在于：出現(xiàn)黏塑性變形的最低荷載值是指：對于分...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：孫輔庭，曾超，盧乾，胡明庭，
申請(專利權(quán))人：中國電建集團華東勘測設(shè)計研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江,33