CN111595677A - 软岩长期强度值确定方法以及软岩承载力确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软岩长期强度值确定方法以及软岩承载力确定方法,属于水电工程技术领域。所述的长期强度值的确定方法,其在传统的过渡蠕变法所确定的软岩长期强度区间的基础上,通过拟合曲线以及采用插值法计算,并基于设计使用寿命所对应的允许变形量最终实现了确定出一具体的长期强度值的目的;不仅解决了过渡蠕变法无法给出具体的长期强度值的问题,而且能更利于发挥软岩时效强度。所述的软岩承载力确定方法为综合考虑了三维围压效应、软岩流变特性以及软化效应的综合性确定方法,克服了传统方法所确定的岩体承载力偏低的缺点,因此本发明既能较大幅度提高软岩承载力,又能确保工程安全,能够较大幅度地促进软岩上工程建设的技术发展。
Description
技术领域
本发明涉及水电工程技术领域,尤其涉及一种软岩长期强度值确定方法以及一种软岩承载力确定方法。
背景技术
在实际工程中一般将饱和状态下单轴抗压强度不超过15MPa的岩体界定为软岩;软岩在世界上分布广泛,具有成岩作用差、胶结弱、易风化、浸水易崩解软化、失水易开裂并易发生流变等工程特性;同时,相对硬岩来说,其结构面效应又相对弱化。其中红层相当一部分为软岩,本发明中的软岩长期强度值确定方法以及软岩承载力确定尤其可以适用于红层软岩。
1)现有规范普遍采用饱和单轴抗压强度进行经验折减的方法确定软岩承载力,如《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)、《水力发电工程地质勘察规范》(GB50287-2006)等规范以及一些地方规范。规范经验取值仅考虑了岩体强度及岩体完整性,它没有考虑坝基岩体的原位三维围压效应;也没有考虑到软岩成岩新,强度低,构造作用相对弱,构造裂隙较少,岩体相对较完整,没必要再对其进行完整程度的折减。由于软岩在取样过程中存在卸荷、失水、与空气接触等过程,岩芯样会沿着内部隐微裂隙迅速风化、崩解,因此室内单轴抗压强度要低于现场试验值,不能像坚硬岩体能代表原位抗压强度。大量工程实践和研究表明,根据规范确定的岩体承载力值取值过于保守,不利于发挥软岩地基承载力潜力,并不能满足高度增加的建筑物荷载要求,使得工程难以处理。
2)现有确定软岩承载力的方法如室内单轴抗压强度法、原位载荷试验法、旁压试验法及重力触探试验法实际上均为测定岩体的瞬时强度,而软岩又具有蠕变性,其实际的长期强度要比瞬时强度低;故需要对瞬时强度进行流变折减。现有确定软岩长期强度的方法主要包括过渡蠕变法及等时曲线法。其中过渡蠕变法只能确定长期强度的区间范围,不能给定一具体的长期强度值;而等时曲线法拐点变化多呈现多样性,操作性不强,不易准确确定长期强度。另外,也有采用复杂计算方式,得出蠕变速率为0的长期强度;但这种方式一方面计算过于繁琐,不易操作,另一方面,限定蠕变速率为0不利于发挥软岩的时效强度,相对偏保守。因此,有必要提出一种简单易行,同时又利于发挥软岩时效强度,并能够计算确定一具体的长期强度值的确定方法。
综上,目前软岩承载力确定方法存在较多问题:或利用室内单轴抗压强度折减方法,但未考虑原位及围压效应,导致确定的软岩承载力取值偏低;或现场原位试验方法,但未考虑软岩流变特性。因此一直未形成一套稳定且合理的方法;另外,由于水电工程的饱水问题,目前还没有一种综合考虑三维围压效应、软岩流变特性以及软化效应的综合确定软岩承载力的方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种简单易行,同时又利于发挥软岩时效强度,并能够计算确定一具体的长期强度值的确定方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:软岩长期强度值确定方法,包括如下步骤:
步骤一、进行软岩岩体的干燥单轴抗压试验,以测定岩体干燥单轴抗压强度Q1和破坏变形量S1;
其中,Q1的单位为MPa;S1的单位为mm;
步骤二、进行软岩岩体蠕变试验测得不同应力作用下的蠕变曲线,并通过过渡蠕变法确定岩体长期强度区间,采用如下公式①对上述确定的岩体长期强度区间的上限应力和下限应力所分别对应的蠕变曲线进行拟合,并分别求出两条蠕变曲线各自所对应的系数A、B、C和D,进而得到两条蠕变曲线各自所对应的拟合公式;其中,对岩体长期强度区间的下限应力所对应的蠕变曲线进行拟合时,所对应的拟合公式中的系数D取值设置为0;
u=A(B-e-Ct)+Dt……①;
其中,u为变形量,单位mm;t为试验时间,单位s;A、B、C和D为系数;
步骤三、通过对步骤二中两条蠕变曲线所对应的拟合公式进行线性插值法计算,以计算得到岩体长期强度区间内任一应力作用下所对应的A、B、C和D系数,进而得到岩体长期强度区间内任一应力作用下的蠕变曲线所对应的计算公式;
步骤四、将设计使用寿命t0分别带入步骤三中得到的岩体长期强度区间内各应力作用下的蠕变曲线所对应的各自的计算公式中替换试验时间t,进而计算得到各应力作用在设计使用寿命t0条件下所对应的各寿命终了变形量u0;
步骤五、根据步骤一中测得的破坏变形量S1,取步骤四中计算得到的各寿命终了变形量u0中小于所述S1的所有寿命终了变形量u0中的最大值所对应的应力值作为最终确定的软岩长期强度值Q2;
其中,Q2的单位为MPa。
进一步的是:在步骤二中,各蠕变曲线所对应的应力值成等差设置,且公差的取值范围为0.2Mpa至0.5Mpa之间。
进一步的是:在步骤二中,各蠕变曲线所对应的应力值成等差设置,且公差的取值为0.4Mpa。
进一步的是:在步骤三中,进行线性插值法计算时,对岩体长期强度区间内的各个插值应力的精度取值范围0.001Mpa至0.01MPa之间。
进一步的是:在步骤三中,进行线性插值法计算时,对岩体长期强度区间内的各个插值应力的精度取值为0.005MPa。
上述本发明所述的软岩长期强度值确定方法的有益效果是:在传统的过渡蠕变法所确定的软岩长期强度区间的基础上,通过拟合曲线以及采用插值法计算,并基于设计使用寿命所对应的允许变形量最终实现了确定出一具体的长期强度值的目的;不仅解决了过渡蠕变法无法给出具体的长期强度值的问题,而且所确定的长期强度值由于考虑了允许变形量的因素,因此能更利于发挥软岩时效强度。而且本方法可在室内进行,简便易行,并且相对准确,能够克服过渡蠕变法以及等时曲线法结果相对模糊的缺点。另外,由于实际蠕变破坏变形量要比常规试验破坏时对应的破坏变形量S1要大,因此本发明所述的方法实际上又留有一定的安全余度,使工程既充分利用了岩体的时效强度又确保了工程安全。
另外,本发明还提供一种综合考虑了三维围压效应、软岩流变特性以及软化效应的综合性的软岩承载力确定方法,其包括上述本发明所述的软岩长期强度值确定方法,还包括如下步骤:
步骤六、进行至少三组不同试验围压σ3条件下的围压试验,并测得各组试验所对应的极限轴向压力σ1;根据各组试验的数据,采用如下公式②进行最小二乘法拟合以计算出R0和F,
σ1=R0+σ3×F……②;
其中,σ1的单位为MPa;σ3的单位为MPa;R0为三维围压效应下围压为0时的岩体承载力,单位为MPa;F为围压系数;
步骤七、将软岩实际所处地基处的实际围压σ3实带入上述公式②中替换试验围压σ3,计算得实际围压条件下对应的软岩瞬时承载力qf=σ1实=R0+σ3实×F;
其中,qf单位为MPa;
步骤八、根据步骤一中测得的岩体干燥单轴抗压强度Q1,采用如下公式③计算得到流变折减系数η流;
η流=Q2÷Q1……③;
步骤九、根据如下公式④,计算确定最终的软岩承载力R,
R=qf×η流×η……④;
其中,R的单位为MPa;η为岩体软化系数。
进一步的是:在步骤六中,围压试验采用室内三轴试验、原位载荷试验、旁压试验或重力触探试验。
进一步的是:在步骤六中,各组试验围压σ3均小于10MPa。
进一步的是:在步骤六中,各组试验围压σ3的取值区间位于0至10σ3实之间。
进一步的是:在步骤六中,进行4-6组围压试验,各组围压试验的试验围压σ3不同。
进一步的是:在步骤七中,软岩实际所处地基处的实际围压σ3实通过如下公式⑤计算获得:
σ3实=γ×z……⑤;
其中,γ为上覆岩体容重,单位为N/mm3;z为上覆岩体厚度,单位为mm。
进一步的是:在步骤一中,还包括进行岩体的饱和单轴抗压试验,以测定岩体饱和单轴抗压强度Q3;并根据如下公式⑥,计算岩体软化系数η,
η=Q3÷Q1……⑥。
上述本发明所述的软岩承载力确定方法的有益效果是:本发明的软岩承载力确定方法,其考虑了软岩所处的地基对应的实际三维围压效应,因此克服了传统方法中依赖单轴抗压强度进行折减计算而导致所确定的岩体承载力偏低的缺点;同时,本发明也考虑了软岩的流变特性的影响,而且通过结合本发明所提出的一种新的软岩长期强度值确定方法所确定的软岩长期强度值,并计算得到流变折减系数η流,并将其引入到最终确定的软岩承载力计算公式中,因而具有简单易行,既充分利用了岩体的时效强度又确保了工程安全;同时,本发明也考虑了软岩的软化效应影响。综上所述,本发明所述的软岩承载力确定方法实际为一种综合考虑了三维围压效应、软岩流变特性以及软化效应的综合性确定方法,克服了传统方法中依赖岩体单轴抗压强度进行折减计算而导致所确定岩体承载力偏低的缺点,本发明既能较大幅度提高软岩承载力,又能确保工程安全,能够较大幅度地促进软岩上工程建设的技术发展。
附图说明
图1为一示例工程中软岩不同应力作用下的蠕变曲线图;
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。以下具体是试验参数以某工程的数据为示例进行说明。
本发明所述的软岩长期强度值确定方法,包括如下步骤:
步骤一、进行软岩岩体的干燥单轴抗压试验,以测定岩体干燥单轴抗压强度Q1和破坏变形量S1;
其中,Q1的单位为MPa;S1的单位为mm。
对于步骤一中的岩体的干燥单轴抗压试验,采用常规的室内单轴抗压试验即可,因此操作比较方便。例如,在一示例工程中所测得的岩体干燥单轴抗压强度Q1为4.47MPa,测得的破坏变形量S1为1.807mm。
步骤二、进行软岩岩体蠕变试验测得不同应力作用下的蠕变曲线,并通过过渡蠕变法确定岩体长期强度区间,采用如下公式①对上述确定的岩体长期强度区间的上限应力和下限应力所分别对应的蠕变曲线进行拟合,并分别求出两条蠕变曲线各自所对应的系数A、B、C和D,进而得到两条蠕变曲线各自所对应的拟合公式;其中,对岩体长期强度区间的下限应力所对应的蠕变曲线进行拟合时,所对应的拟合公式中的系数D取值设置为0;
u=A(B-e-Ct)+Dt……①;
其中,u为变形量,单位mm;t为试验时间,单位s;A、B、C和D为系数。
此步骤二可参照附图1中所示,为在一示例工程进行了六组不同应力作用分别对应测得的蠕变曲线,分别为对应施加的应力作用为2.0MPa、2.4MPa、2.8MPa、3.2MPa、3.6MPa和4.0MPa下的蠕变曲线,结合过渡蠕变法可确定其岩体长期强度区间为2.4Mpa~2.8MPa。更具体的,上述六组不同应力设置实际为一组等差数列,且公差为0.4MPa;这样最终确定的岩体长期强度区间将0.4MPa的一个区间范围。当然,不失一般性,在将各组应力设置为一组等差数列时,除了上述优选为0.4MPa以外,也可设置其它公差数值,并且理论上公差取值越小,则最后确定的岩体长期强度区间范围将越小,但需要进行的蠕变试验组数将相应更多;反之公差取值越大,则最后确定的岩体长期强度区间范围将越大,但需要进行的蠕变试验组数将相应更少;为此,本发明中对于公差的取值范围可优选在0.2Mpa至0.5Mpa之间,可大致兼顾试验组数与所确定的岩体长期强度区间范围。
另外,对于试验时间t的时长,本发明并没有具体要求,其具体可结合软岩蠕变试验的一般试验时长要求进行试验即可。
步骤三、通过对步骤二中两条蠕变曲线所对应的拟合公式进行线性插值法计算,以计算得到岩体长期强度区间内任一应力作用下所对应的A、B、C和D系数,进而得到岩体长期强度区间内任一应力作用下的蠕变曲线所对应的计算公式。
通过在上述步骤三A、B、C和D系数的线性插值计算后,理论上即可得到在步骤二中确定的岩体长期强度区间内任一应力作用下所对应的蠕变曲线的近似计算公式,这样一来即可等效于获得了在步骤二中确定的岩体长期强度区间内任一应力作用下近似的蠕变曲线,因此利用线性插值法可以有效地减少所进行的蠕变试验次数,提高效率。
例如,结合附图1以及上述所确定的岩体长期强度区间2.4Mpa~2.8MPa,采用公式①分别对区间的上限应力2.8MPa所对应的蠕变曲线以及下限应力2.4MPa所对应的蠕变曲线进行拟合后得到如下公式,其中下限应力2.4MPa所对应的蠕变曲线的拟合公式中取参数D=0:
应力为2.8MPa时:u=0.0526×(11.03-e-0.0038t)+2.908×10-9t……⑦;
应力为2.4MPa时:u=0.0504×(10.7-e-0.0038t)……⑧;
然后将上述两个公式⑦和⑧中A、B、C和D系数采用线性插值法计算,即可计算出岩体长期强度区间2.4Mpa~2.8MPa内任一应力所对应的A、B、C和D系数,进而得到相应的计算公式,以为后续步骤四中进行计算采用。
步骤四、将设计使用寿命t0分别带入步骤三中得到的岩体长期强度区间内各应力作用下的蠕变曲线所对应的各自的计算公式中替换试验时间t,进而计算得到各应力作用在设计使用寿命t0条件下所对应的各寿命终了变形量u0。
步骤五、根据步骤一中测得的破坏变形量S1,取步骤四中计算得到的各寿命终了变形量u0中小于所述S1的所有寿命终了变形量u0中的最大值所对应的应力值作为最终确定的软岩长期强度值Q2;
其中,Q2的单位为MPa。
该步骤四和步骤五,即为在考虑了岩体的允许变形量的情况下,并在已经确定的岩体长期强度区间内进一步确定出一具体的岩体长期强度值。具体的,这一岩体长期强度值是利用步骤一中测得的破坏变形量S1作为实际项目工程在设计使用寿命t0的时间作用下,满足寿命终了变形量u0<S1所对应的最大的应力值。这样一来,由本发明所述确定的岩体长期强度值实际为在蠕变效应下考虑了工程实际的设计使用寿命t0所对应的最大允许变形量,因此可使得所确定的岩体长期强度值为一具体值,同时也能在兼顾项目安全性的情况下尽量的发挥软岩时效强度。
例如,以上述示例项目为例,其项目的设计使用寿命时间100年即3153600000秒代入相应公式中替换t,通过计算可得到在应力为2.455MPa时,其对应的寿命终了变形量为1.806mm,最为接近常规试验破坏时的变形量破坏变形量S1为1.807mm,且小于S1,因此确定该应力2.455MPa为该软岩的岩体所对应的岩体长期强度值。
不失一般性,在进行线性插值法计算时,插值的位置越多则计算精度越高,相应的计算量也自然越大;为此本发明中可设置对岩体长期强度区间内的各个插值应力的精度取值范围0.001Mpa至0.01MPa之间,具体可结合所需最终确定的岩体长期强度值的精度要求加以确定;例如可具体优选为0.005MPa,即通过线性插值计算后,可获得2.405MPa、2.410MPa、2.415MPa、2.420MPa……2.795MPa等多个应力值所对应的蠕变曲线的计算公式,进而最终所确定的岩体长期强度值的精度可达到0.005MPa,如上述示例项目中所确定的2.455MPa的岩体长期强度值。
另外,本发明还提供一种软岩承载力确定方法,其为在采用上述本发明所述的软岩长期强度值确定方法的基础上,进一步结合如下步骤组合而成:
步骤六、进行至少三组不同试验围压σ3条件下的围压试验,并测得各组试验所对应的极限轴向压力σ1;根据各组试验的数据,采用如下公式②进行最小二乘法拟合以计算出R0和F,
σ1=R0+σ3×F……②;
其中,σ1的单位为MPa;σ3的单位为MPa;R0为三维围压效应下围压为0时的岩体承载力,单位为MPa;F为围压系数;
其中,上述步骤六中的围压试验本身属于常规的试验方法,根据实际项目条件,可以采用室内三轴试验、原位载荷试验、旁压试验或重力触探试验等常规试验进行。步骤六中的围压试验的主要目的是在考虑有围压效应下的软岩岩体的瞬时承载力,通过进行多组不同试验围压σ3条件下的围压试验,以得到多组试验数据,然后根据试验数据计算出拟合公式中的相应参数R0和F,以供后续步骤七计算使用。
例如,以示例项目为例,开展了四组不同试验围压σ3条件下的围压试验,分别对应的试验围压σ3和对应的极限轴向压力σ1如下表所示:
试验围压σ<sub>3</sub>(MPa) | 0.5 | 1 | 2 | 3 |
极限轴向压力σ<sub>1</sub>(MPa) | 8.67 | 8.24 | 9.21 | 12.26 |
然后对上述试验数据进行统计分析以及采用公式②进行数据拟合,得到如下公式②的具体计算公式:
σ1=2.1σ3+5.9……⑨;
即计算出了F=2.1,R0=5.9MPa。从该示例项目可以看出,对软岩来说,R0为5.9MPa,其表明的意义为考虑三维围压效应下围压为0时的岩体承载力,与步骤一中所测得的不考虑三维围压效应下的岩体干燥单轴抗压强度4.47MPa相比,明显更高,前者大约是后者的1.3倍;可以看出R0由于考虑了三维围压效应,虽然其围压为0,但是仍然比软岩岩体不考虑三维围压效应时的承载力大得多。
步骤七、将软岩实际所处地基处的实际围压σ3实带入上述公式②中替换试验围压σ3,计算得实际围压条件下对应的软岩瞬时承载力qf=σ1实=R0+σ3实×F;
其中,qf单位为MPa。
该步骤七,实际则为在得到上述拟合公式②的具体计算公式⑨的情况下,通过带入软岩实际所处地基处的实际围压σ3实,以计算出在实际围压σ3实作用下的软岩瞬时承载力,即认为实际围压条件下对应的软岩瞬时承载力qf=σ1实=R0+σ3实×F。例如以示例项目为例,其工程基础埋深为10.0m,对应的上覆岩体厚度z即为10.0m,同时其上覆岩体的容重为γ为26kN/m3,则实际围压σ3实可通过如下公式计算σ3实=γ×z=26×10=260kPa=0.26MPa;进而将σ3实带入计算得到具体的软岩瞬时承载力qf=2.1σ3实+5.9=2.1×0.26+5.9=6.446MPa。即该软岩瞬时承载力qf的值为6.446MPa,其为考虑了软岩实际所处地基处的实际围压作用下的承载力,其比直接采用单轴抗压试验所测得的岩体干燥单轴抗压强度Q1更大。
步骤八、根据步骤一中测得的岩体干燥单轴抗压强度Q1,采用如下公式③计算得到流变折减系数η流;
η流=Q2÷Q1……③;
步骤九、根据如下公式④,计算确定最终的软岩承载力R,
R=qf×η流×η……④;
其中,R的单位为MPa;η为岩体软化系数。
最后,本发明通过步骤八和步骤九引入流变折减系数η流和岩体软化系数η对软岩瞬时承载力qf进行折减计算,其中流变折减系数η流为本发明中创新采用的一种折减系数,其为一种具体考虑了软岩流变特性的影响所提出的一种具体折减系数。本发明通过考虑软岩流变特性,可更利于在确保工程安全的情况下发挥软岩时效强度。例如在示例项目中,可计算得到η流=Q2÷Q1=2.455÷4.47=0.549。
更具体的,结合实际的项目工程,其软岩地基的深度一般为几米至几十米深,因此结合软岩实际所在地基的实际围压σ3实,本发明在步骤六中,可具体设置各组试验围压σ3均小于10MPa;并且通常可在0-10MPa的区间范围内大致均匀的分布设置各组试验围压;如上述示例项目中所采用的0.5MPa、1MPa、2MPa、3MPa等四组具体试验围压值。更具体的,为了使得后续公式②在拟合时所采用的围压试验数据更加的接近软岩的实际所处地基处的实际围压σ3实,本发明可进一步在步骤六中设置各组试验围压σ3的取值区间位于0至10σ3实之间,并可进一步设置各组试验围压σ3在0至10σ3实之间成大致均匀间隔地取值。
本发明还考虑了岩体软化特性的影响,即在公式④中引入了岩体软化系数η进行计算。对于岩体软化系数η本身属于本领域常规的参数,其定义为:岩体饱和单轴抗压强度Q3与岩体干燥单轴抗压强度Q1的比值;理论上可以通过实测测得,也可查找相应规范后获得。当需要实测时,本发明可在步骤一中,进行岩体的饱和单轴抗压试验,以测定岩体饱和单轴抗压强度Q3,然后直接根据如下公式⑥,计算岩体软化系数η:η=Q3÷Q1……⑥。具体到示例项目中,通过测定得到岩体饱和单轴抗压强度Q3=2.41Mpa,进而得到η=Q3÷Q1=2.14÷4.47=0.539。
最后,对上述示例项目,通过计算得到软岩承载力R的最终确定值为:
R=qf×η流×η=6.446×0.549×0.539=1.907MPa。
Claims (10)
1.软岩长期强度值确定方法,其特征在于:包括如下步骤:
步骤一、进行软岩岩体的干燥单轴抗压试验,以测定岩体干燥单轴抗压强度Q1和破坏变形量S1;
其中,Q1的单位为MPa;S1的单位为mm;
步骤二、进行软岩岩体蠕变试验测得不同应力作用下的蠕变曲线,并通过过渡蠕变法确定岩体长期强度区间,采用如下公式①对上述确定的岩体长期强度区间的上限应力和下限应力所分别对应的蠕变曲线进行拟合,并分别求出两条蠕变曲线各自所对应的系数A、B、C和D,进而得到两条蠕变曲线各自所对应的拟合公式;其中,对岩体长期强度区间的下限应力所对应的蠕变曲线进行拟合时,所对应的拟合公式中的系数D取值设置为0;
u=A(B-e-Ct)+Dt……①;
其中,u为变形量,单位mm;t为试验时间,单位s;A、B、C和D为系数;
步骤三、通过对步骤二中两条蠕变曲线所对应的拟合公式进行线性插值法计算,以计算得到岩体长期强度区间内任一应力作用下所对应的A、B、C和D系数,进而得到岩体长期强度区间内任一应力作用下的蠕变曲线所对应的计算公式;
步骤四、将设计使用寿命t0分别带入步骤三中得到的岩体长期强度区间内各应力作用下的蠕变曲线所对应的各自的计算公式中替换试验时间t,进而计算得到各应力作用在设计使用寿命t0条件下所对应的各寿命终了变形量u0;
步骤五、根据步骤一中测得的破坏变形量S1,取步骤四中计算得到的各寿命终了变形量u0中小于所述S1的所有寿命终了变形量u0中的最大值所对应的应力值作为最终确定的软岩长期强度值Q2;
其中,Q2的单位为MPa。
2.如权利要求1所述的软岩长期强度值确定方法,其特征在于:在步骤二中,各蠕变曲线所对应的应力值成等差设置,且公差的取值范围为0.2Mpa至0.5Mpa之间;优选为0.4Mpa。
3.如权利要求1或2所述的软岩长期强度值确定方法,其特征在于:在步骤三中,进行线性插值法计算时,对岩体长期强度区间内的各个插值应力的精度取值范围0.001Mpa至0.01MPa之间;优选为0.005MPa。
4.软岩承载力确定方法,其特征在于:包括上述权利要求1至3中任意一项所述的软岩长期强度值确定方法,还包括如下步骤:
步骤六、进行至少三组不同试验围压σ3条件下的围压试验,并测得各组试验所对应的极限轴向压力σ1;根据各组试验的数据,采用如下公式②进行最小二乘法拟合以计算出R0和F,
σ1=R0+σ3×F……②;
其中,σ1的单位为MPa;σ3的单位为MPa;R0为三维围压效应下围压为0时的岩体承载力,单位为MPa;F为围压系数;
步骤七、将软岩实际所处地基处的实际围压σ3实带入上述公式②中替换试验围压σ3,计算得实际围压条件下对应的软岩瞬时承载力qf=σ1实=R0+σ3实×F;
其中,qf单位为MPa;
步骤八、根据步骤一中测得的岩体干燥单轴抗压强度Q1,采用如下公式③计算得到流变折减系数η流;
η流=Q2÷Q1……③;
步骤九、根据如下公式④,计算确定最终的软岩承载力R,
R=qf×η流×η……④;
其中,R的单位为MPa;η为岩体软化系数。
5.如权利要求4所述的软岩承载力确定方法,其特征在于:在步骤六中,围压试验采用室内三轴试验、原位载荷试验、旁压试验或重力触探试验。
6.如权利要求4所述的软岩承载力确定方法,其特征在于:在步骤六中,各组试验围压σ3均小于10MPa。
7.如权利要求4所述的软岩承载力确定方法,其特征在于:在步骤六中,各组试验围压σ3的取值区间位于0至10σ3实之间。
8.如权利要求4所述的软岩承载力确定方法,其特征在于:在步骤六中,进行4-6组围压试验,各组围压试验的试验围压σ3不等。
9.如权利要求4所述的软岩承载力确定方法,其特征在于:在步骤七中,软岩实际所处地基处的实际围压σ3实通过如下公式⑤计算获得:
σ3实=γ×z……⑤;
其中,γ为上覆岩体容重,单位为N/mm3;z为上覆岩体厚度,单位为mm。
10.如权利要求4至9中任意一项所述的软岩承载力确定方法,其特征在于:在步骤一中,还包括进行岩体的饱和单轴抗压试验,以测定岩体饱和单轴抗压强度Q3;并根据如下公式⑥,计算岩体软化系数η:
η=Q3÷Q1……⑥。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112129619A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-12-25 | 武汉大学 | 深部软岩质量评价方法及系统 |
CN113376005A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-09-10 | 大连理工大学 | 基于颗粒长期强度水平的堆石料最终流变应变预测方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1479846A1 (ru) * | 1987-04-06 | 1989-05-15 | Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела | Способ определени показателей длительной прочности горных пород |
CN103698217A (zh) * | 2014-01-07 | 2014-04-02 | 煤炭科学研究总院 | Druker-Prager岩土软化强度参数测定方法 |
CN104833593A (zh) * | 2015-01-23 | 2015-08-12 | 河海大学 | 应用于软岩洞室预警系统的围岩蠕变破坏预警方法 |
CN106885733A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-06-23 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 一种由快速蠕变试验直接确定岩体长期强度的方法 |
CN107748111A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-03-02 | 华北水利水电大学 | 一种岩体结构面长期抗剪强度的确定方法 |
CN108152137A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-12 | 辽宁工程技术大学 | 一种在岩石蠕变试验中确定长期强度的方法 |
-
2020
- 2020-06-03 CN CN202010497526.0A patent/CN111595677B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1479846A1 (ru) * | 1987-04-06 | 1989-05-15 | Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела | Способ определени показателей длительной прочности горных пород |
CN103698217A (zh) * | 2014-01-07 | 2014-04-02 | 煤炭科学研究总院 | Druker-Prager岩土软化强度参数测定方法 |
CN104833593A (zh) * | 2015-01-23 | 2015-08-12 | 河海大学 | 应用于软岩洞室预警系统的围岩蠕变破坏预警方法 |
CN106885733A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-06-23 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 一种由快速蠕变试验直接确定岩体长期强度的方法 |
CN107748111A (zh) * | 2017-10-13 | 2018-03-02 | 华北水利水电大学 | 一种岩体结构面长期抗剪强度的确定方法 |
CN108152137A (zh) * | 2017-12-28 | 2018-06-12 | 辽宁工程技术大学 | 一种在岩石蠕变试验中确定长期强度的方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
FEI WU等: "《Long-term strength determination and nonlinear creep damage constitutive model of salt rock based on multistage creep test:Implications for underground natural gas storage in salt cavern》", 《ENERGY SCIENCE&ENGINEERING》 * |
沈才华等: "《一种基于应变能理论的黏弹塑性蠕变本构模型》", 《岩土力学》 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112129619A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-12-25 | 武汉大学 | 深部软岩质量评价方法及系统 |
CN112129619B (zh) * | 2020-09-10 | 2021-08-17 | 武汉大学 | 深部软岩质量评价方法及系统 |
CN113376005A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-09-10 | 大连理工大学 | 基于颗粒长期强度水平的堆石料最终流变应变预测方法 |
CN113376005B (zh) * | 2021-06-18 | 2023-12-15 | 大连理工大学 | 基于颗粒长期强度水平的堆石料最终流变应变预测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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