CN106885733A - 一种由快速蠕变试验直接确定岩体长期强度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种由快速蠕变试验直接确定岩体长期强度的方法，包括以下步骤：1）对研究岩体进行分级加载蠕变试验，得到岩体分级加载蠕变试验曲线；2）根据分级加载蠕变试验曲线判断出现黏塑性变形的最低荷载值；3）对于出现黏塑性变形的试验曲线，采用蠕变变形通式拟合得到黏塑性变形速率；4）根据黏塑性变形速率和应力水平的关系，外推得到黏塑性变形速率为0所对应的应力即为长期强度。本发明既能够缩短蠕变试验时间，又可以由分级加载蠕变试验曲线直接确定岩体长期强度，而不需要人为判断拐点，从而为岩体结构的长期安全评价提供可靠的依据。

Description

一种由快速蠕变试验直接确定岩体长期强度的方法

技术领域

本发明涉及一种由岩体快速分级加载蠕变试验曲线直接确定岩体长期强度的方法，该方法主要适用于岩体工程长期安全领域。

背景技术

随着水利水电、能源、交通等领域工程的快速发展和建设，大型工程涉及到的坝基、隧洞、边坡等岩体结构在荷载作用下的长期安全性显得尤为重要。为了评价岩体结构的长期安全性，其中一个重要的参数即岩体长期强度。近些年来，在岩体长期强度确定方法领域取得了丰富的研究成果，这些成果对岩体结构长期安全评价发挥了一定的作用。

岩体长期强度的确定主要是寻求岩体在荷载作用下由黏弹性向黏塑性转变的应力阈值，该值对于岩体长期稳定具有重要影响。现阶段，我国《水利水电工程岩石试验规程SL264-2001》规定采用蠕变试验等时簇曲线方法作为岩体长期强度的确定方法。此外较常用的岩体长期强度确定方法还有过渡蠕变法以及蠕变曲线第一拐点法，上述三种方法也是现阶段确定岩体长期强度最为常用的方法。

等时簇曲线法以蠕变试验成果为基础，绘制应力-变形等时簇曲线，并以等时簇曲线拐点的水平渐近线对应的应力作为长期强度；过渡蠕变法则以蠕变曲线出现等速蠕变阶段的应力阈值作为长期强度；蠕变曲线第一拐点法以某级应力下蠕变曲线出现拐点的时间趋于无穷时的应力阈值作为长期强度。上述三种方法就理论上而言都能够确定岩体长期强度，但由此确定长期强度时工作量大且往往精确度不高。一方面，上述方法要求对蠕变试验曲线进行处理，该过程较为繁杂，工作量大，且会引入处理误差；另一方面，上述方法均需人为判断试验曲线拐点位置，很多情况下这种拐点难以判断且判断误差较大；此外，采用后两种方法只能确定长期强度的范围值，而得不到长期强度确定值。

实际工程中，长期强度往往根据岩体蠕变试验成果来确定，而蠕变试验以分级加载的方式进行，因此整个蠕变试验持续时间长，受环境因素影响大，耗费的代价很大。在对分级加载曲线进行叠加时会引入误差，人为判断曲线拐点也会进一步累积误差，从而导致确定的长期强度误差较大。此外，对于流变性较小的岩体，蠕变曲线的拐点非常不易确定，也给长期强度的确定带来了困难。因此，在实际工程中，需要一种能够克服上述缺点的方法来确定岩体长期强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种由快速蠕变试验直接确定岩体长期强度的方法，提供一种既能够缩短蠕变试验时间，又可以由分级加载蠕变试验曲线直接确定岩体长期强度，而不需要人为判断拐点的定量方法，从而为岩体结构的长期安全评价提供可靠的依据。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种由快速蠕变试验直接确定岩体长期强度的方法，包括以下步骤：

1)对研究岩体进行分级加载蠕变试验，得到岩体分级加载蠕变试验曲线；

2)根据分级加载蠕变试验曲线判断出现黏塑性变形的最低荷载值；

3)对于出现黏塑性变形的试验曲线，采用蠕变变形通式拟合得到黏塑性变形速率；

4)根据黏塑性变形速率和应力水平的关系，外推得到黏塑性变形速率为0所对应的应力即为长期强度。

在采用上述技术方案的同时，本发明可以采用或者组合采用以下进一步的技术方案：

在分级加载蠕变试验中不要求变形达到稳定即可进行下一荷载级的试验，且无需对分级加载蠕变试验曲线进行叠加。

出现黏塑性变形的最低荷载值是指：对于分级加载蠕变试验曲线分别采用黏弹性蠕变变形通式(a)和黏弹塑性蠕变变形通式(b)进行逐级拟合，当拟合至某一级曲线，黏弹塑性蠕变通式拟合效果优于黏弹性蠕变通式时，此时的荷载值即为最低荷载值，

其中，黏弹性蠕变变形通式为u(t)＝A+B(1-e^-Ct)，

黏弹塑性蠕变变形通式为u(t)＝A+B(1-e^-Ct)+Dt，

式中，A，B，C，D为常数，u(t)为t时刻的变形，e为自然对数。

在黏弹塑性蠕变变形通式中，D＝Elog_e(σ)+F，式中，E，F为常数，σ为应力。

在黏弹塑性蠕变通式中的参数D表征黏塑性变形速率的大小。

本发明的有益效果是：1)采用本发明的方法确定长期强度，进行岩体蠕变试验时并不要求试验曲线达到稳定即可进入下级荷载试验，可大大缩短试验时间，节省成本，降低环境因素的影响；2)本发明采用的方法确定岩体长期强度无需对分级加载蠕变试验曲线进行叠加，避免了曲线叠加引入误差；3)本发明确定岩体长期强度无需人为判断试验曲线拐点，整个长期强度确定过程均有定量指标，确定的长期强度也是定值；4)本发明确定岩体长期强度方法特别适用于工程中流变性较小的硬质岩体，因此为硬质岩体长期强度的确定提供了相对可靠的方法。

具体实施方式

本发明的具体实施操作过程如下：

1)对所研究岩体取样，并进行快速分级加载蠕变试验，得到分级加载蠕变试验曲线，在蠕变试验中并不要求变形达到稳定即可进行下一荷载级的试验；

2)对于分级加载蠕变试验曲线，分别采用黏弹性蠕变变形通式(a)和黏弹塑性蠕变变形通式(b)进行逐级拟合，当拟合至某一级曲线时，黏弹塑性蠕变通式拟合效果优于黏弹性蠕变通式时，表明该级荷载下岩体已出现黏塑性蠕变变形；

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为常数，u(t)为t时刻的变形，e为自然对数。

3)对于出现黏塑性变形的每一级蠕变曲线，采用黏弹塑性蠕变变形通式(b)进行拟合，得到不同荷载级下的拟合参数；

4)黏弹塑性蠕变通式中的参数D表征了黏塑性变形速率的大小，因此可采用拟合式(c)拟合参数D和应力水平的关系，进而计算得到参数D为0对应的荷载值，该荷载即为岩体长期强度；

D＝Elog_e(σ)+F (c)

本发明可以在实际工程中用于岩体及结构面长期强度的确定，从而进一步评价岩体结构的长期稳定和安全。

Claims (5)

1.一种由快速蠕变试验直接确定岩体长期强度的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)对研究岩体进行分级加载蠕变试验，得到岩体分级加载蠕变试验曲线；

2)根据分级加载蠕变试验曲线判断出现黏塑性变形的最低荷载值；

3)对于出现黏塑性变形的试验曲线，采用蠕变变形通式拟合得到黏塑性变形速率；

4)根据黏塑性变形速率和应力水平的关系，外推得到黏塑性变形速率为0所对应的应力即为长期强度。

2.根据权利要求1所述的一种由快速蠕变试验直接确定岩体长期强度的方法，其特征在于：在分级加载蠕变试验中不要求变形达到稳定即可进行下一荷载级的试验，且无需对分级加载蠕变试验曲线进行叠加。

3.根据权利要求1所述的一种由快速蠕变试验直接确定岩体长期强度的方法，其特征在于：出现黏塑性变形的最低荷载值是指：对于分级加载蠕变试验曲线分别采用黏弹性蠕变变形通式(a)和黏弹塑性蠕变变形通式(b)进行逐级拟合，当拟合至某一级曲线，黏弹塑性蠕变通式拟合效果优于黏弹性蠕变通式时，此时的荷载值即为最低荷载值，

其中，黏弹性蠕变变形通式为u(t)＝A+B(1-e^-Ct)，

黏弹塑性蠕变变形通式为u(t)＝A+B(1-e^-Ct)+Dt，

式中，A，B，C，D为常数，u(t)为t时刻的变形，e为自然对数。

4.根据权利要求3所述的一种由快速蠕变试验直接确定岩体长期强度的方法，其特征在于：在黏弹塑性蠕变变形通式中，D＝Elog_e(σ)+F，式中，E，F为常数，σ为应力。

5.根据权利要求4所述的一种由快速蠕变试验直接确定岩体长期强度的方法，其特征在于：在黏弹塑性蠕变通式中的参数D表征黏塑性变形速率的大小。