本發(fā)明涉及一種軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，屬于巖土工程。

背景技術(shù)：

1、軟硬互層巖體是工程地質(zhì)條件中常見(jiàn)的一類(lèi)非均質(zhì)巖體，層理面和軟巖層的存在往往導(dǎo)致其在較低的外荷載條件下發(fā)生破壞，進(jìn)而引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害或工程事故。探索軟巖層和層理面等不利因素對(duì)軟硬互層巖體力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律，熟悉軟硬互層巖體的受荷破壞行為，有利于在實(shí)際工程項(xiàng)目和災(zāi)害防治中對(duì)相關(guān)地質(zhì)條件的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)判評(píng)估，從而開(kāi)展有針對(duì)性的施工作業(yè)。

2、軟硬互層巖體力學(xué)性質(zhì)和破壞行為的影響因素非常多，如層理面傾角、巖層厚度及軟巖層強(qiáng)度等等。層理與荷載方向形成的夾角大小往往決定了軟硬互層巖體的最終破壞模式是拉伸斷裂、剪切斷裂或者是復(fù)合型的斷裂模式。沿層理面的剪切滑動(dòng)破壞是軟硬互層巖體特有的主要破壞特征，這在層理面傾角為15°-75°的軟硬互層巖體中常見(jiàn)。此外，軟巖層的厚度和力學(xué)性質(zhì)也會(huì)影響軟硬互層巖體的最終破壞模式，這不僅取決于軟巖自身物理性質(zhì)和幾何條件，也會(huì)受到鄰近硬巖層的影響。作為層狀結(jié)構(gòu)中的重要組成部分，硬巖往往對(duì)最終的破壞結(jié)果有著不可忽略的貢獻(xiàn)，這在以往的研究中常常容易被忽略。軟硬互層巖體在不利荷載下會(huì)產(chǎn)生各種各樣的破壞行為。隨著層理面傾角的變化，其破壞既有可能是巖層基質(zhì)的破壞引發(fā)，也有可能是層理面的開(kāi)裂導(dǎo)致。對(duì)于不同的破壞類(lèi)型，其內(nèi)在關(guān)聯(lián)的誘因是不同的，顯然，沿層理面的開(kāi)裂取決于層理面的黏結(jié)性能，而巖層基質(zhì)的破壞則取決于其自身的力學(xué)性能強(qiáng)弱。

3、綜上所述，開(kāi)發(fā)一種改進(jìn)的針對(duì)軟硬互層巖體的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法對(duì)軟硬交互巖體的穩(wěn)定性評(píng)估具有重要的理論指導(dǎo)意義，本
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
也可以很好地為軟硬復(fù)合巖體的工程提供相關(guān)指導(dǎo)工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所提供的技術(shù)方案是：一種軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

3、步驟一、獲取軟硬復(fù)合巖體的巖石力學(xué)參數(shù)和目標(biāo)區(qū)域軟硬復(fù)合巖體層理面的圍壓σ3；

4、步驟二、計(jì)算目標(biāo)區(qū)域軟硬復(fù)合巖體層理面的傾斜角度θ＝45°～75°的強(qiáng)度，則采用滑移破壞準(zhǔn)則，根據(jù)圍壓σ3計(jì)算得到目標(biāo)區(qū)域軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度；計(jì)算目標(biāo)區(qū)域?qū)永砻娴膬A斜角度θ＝0°～45°和75°～90°的強(qiáng)度，則直接進(jìn)行下一步；

5、步驟三、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲得目標(biāo)區(qū)域軟硬復(fù)合巖體中層理面傾角θ＝0°時(shí)的單軸抗壓強(qiáng)度σc(0°)、層理面傾角θ＝15°時(shí)的最大主應(yīng)力σ1(15°)和層理面傾角θ＝30°時(shí)的最大主應(yīng)力σ1(30°)；

6、步驟四、根據(jù)層理面傾角θ＝15°時(shí)的最大主應(yīng)力σ1(15°)和層理面傾角θ＝30°時(shí)的最大主應(yīng)力σ1(30°)計(jì)算獲得修正系數(shù)a和n/k；

7、步驟五、根據(jù)層理面傾角θ＝0°時(shí)的單軸抗壓強(qiáng)度σc(0°)、圍壓σ3、修正系數(shù)a和n/k計(jì)算得到目標(biāo)區(qū)域軟硬復(fù)合巖體層理面的強(qiáng)度。

8、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述巖石力學(xué)參數(shù)包括粘聚力cw、摩擦角

9、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述步驟一中通過(guò)使用地下壓力傳感器直接測(cè)得地下目標(biāo)區(qū)域的圍壓σ3。

10、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述步驟二中計(jì)算目標(biāo)區(qū)域軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度的公式為：

11、

12、式中：cw為粘聚力；為摩擦角；θ為傾斜角度；σ3為圍壓；σ1為最大主應(yīng)力。

13、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述步驟三的具體過(guò)程為：

14、首先試樣制備，從不同的方向角度采用鉆孔巖心或坑探槽中采取層理面的巖塊，使得層理面傾斜角度分別為θ＝0°、15°和30°的試樣；

15、然后將試樣安置于試驗(yàn)機(jī)承壓板中心，確保試樣兩端面與試驗(yàn)機(jī)上下壓板接觸均勻，依照每秒0.5-1.0mpa的加載速度對(duì)試樣加載，直到試樣破壞為止，記錄破壞荷載；

16、從而計(jì)算獲層理面傾角θ得0度、15度和30度時(shí)的單軸抗壓強(qiáng)度σc(0°)、σc(15°)和σc(30°)；

17、令特定的圍壓σ3＝0時(shí)，層理面傾角θ＝15°時(shí)的單軸抗壓強(qiáng)度σc(15°)和層理面傾角θ＝30°時(shí)的單軸抗壓強(qiáng)度σc(30°)的大小分別就是層理面傾角θ＝15°時(shí)的最大主應(yīng)力σ1(15°)和層理面傾角θ＝30°時(shí)的最大主應(yīng)力σ1(30°)。

18、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述單軸抗壓強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

19、

20、式中：σc為巖石單軸抗壓強(qiáng)度，p為最大破壞荷載，a為垂直于加載方向的試樣橫截面積；

21、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述步驟四中的計(jì)算公式包括：

22、

23、式中：σc(0°)為層理面傾角θ＝0°時(shí)的單軸抗壓強(qiáng)度；σ1(15°)為層理面傾角θ＝15°時(shí)的最大主應(yīng)力；σ1(30°)為層理面傾角θ＝30°時(shí)的最大主應(yīng)力；σ3為圍壓；a和n/k均為修正系數(shù)。

24、進(jìn)一步的技術(shù)方案是，所述步驟四中的計(jì)算公式為：

25、

26、式中：σ1(θ)為層理面傾角θ時(shí)的最大主應(yīng)力；σc(0°)為層理面傾角θ＝0°時(shí)的單軸抗壓強(qiáng)度；σ3為圍壓；a和n/k均為修正系數(shù)。

27、本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明的強(qiáng)度模型引入修改系數(shù)a對(duì)tien-kuo強(qiáng)度模型進(jìn)行再次修正，軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度預(yù)測(cè)誤差范圍為5％，能夠很好地為軟硬復(fù)合巖體工程進(jìn)行強(qiáng)度預(yù)測(cè)，所以本發(fā)明的軟硬復(fù)合巖體強(qiáng)度方法更為精確、應(yīng)用更為廣泛、考慮因素更多。

技術(shù)特征：

1.一種軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述巖石力學(xué)參數(shù)包括粘聚力cw、摩擦角

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟一中通過(guò)使用地下壓力傳感器直接測(cè)得地下目標(biāo)區(qū)域的圍壓σ3。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟二中計(jì)算目標(biāo)區(qū)域軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度的公式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟三的具體過(guò)程為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述單軸抗壓強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟四中的計(jì)算公式包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟四中的計(jì)算公式為：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，包括獲取軟硬復(fù)合巖體的巖石力學(xué)參數(shù)和目標(biāo)區(qū)域軟硬復(fù)合巖體層理面的圍壓；當(dāng)計(jì)算目標(biāo)區(qū)域軟硬復(fù)合巖體層理面的傾斜角度θ＝45°～75°的強(qiáng)度時(shí)，根據(jù)單軸抗壓強(qiáng)度計(jì)算目標(biāo)區(qū)域軟硬復(fù)合巖體的強(qiáng)度；計(jì)算目標(biāo)區(qū)域?qū)永砻娴膬A斜角度θ＝0°～45°和75°～90°的強(qiáng)度時(shí)，則直接進(jìn)行下一步；獲得目標(biāo)層理面傾角θ＝0°時(shí)的單軸抗壓強(qiáng)度、層理面傾角θ＝15°時(shí)的最大主應(yīng)力和層理面傾角θ＝30°時(shí)的最大主應(yīng)力；計(jì)算獲得修正系數(shù)；根據(jù)修正系數(shù)以及圍壓計(jì)算得到目標(biāo)區(qū)域軟硬復(fù)合巖體層理面的強(qiáng)度。本發(fā)明的軟硬復(fù)合巖體強(qiáng)度方法更為精確、應(yīng)用更為廣泛、考慮因素更多。

技術(shù)研發(fā)人員：周磊,聶付寬,華健,戴峰,朱哲明,王蒙,李堯,張紅丹,劉燚,魏明東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15