一种应变型岩爆倾向性等级判别方法

技术特征：
1.一种应变型岩爆倾向性等级判别方法，其特征在于，包括：在应变型岩爆倾向性待评估区域进行现场取样，制备岩石试样；对制备的试样进行波速测试，测得试样的完整性系数；对试样开展三轴压缩试验，获得试样的峰值应力和峰值应力点应变，基于体积应变曲线的反弯点确定损伤应力点应变，并基于峰值应力点应变和损伤应力点应变计算得到岩石脆性系数；对试样开展三轴分级循环加卸载压缩试验，获得试样对应的三轴分级循环加卸载轴向和横向应力-应变曲线；其中，在所述三轴分级循环加卸载压缩试验中，对试样施加的轴向载荷按照预设的分级梯度逐级递增，直至试样达到峰值破坏，且所述分级梯度由试样的峰值应力确定，其取值为峰值应力的10％～20％；基于所述应力-应变曲线，计算得到岩石平均储能系数和岩石释放耗能比；基于所述完整性系数、岩石脆性系数、岩石平均储能系数和岩石释放耗能比，计算得到应变型岩爆倾向性系数；基于所述岩爆倾向性系数，判别待评估区域应变型岩爆倾向性等级。2.如权利要求1所述的应变型岩爆倾向性等级判别方法，其特征在于，在应变型岩爆倾向性待评估区域进行现场取样，制备岩石试样，包括：勘测现场应变型岩爆倾向性待评估区域的地应力环境，获取主应力大小和方向；控制钻进速度在0.5mm/min～2mm/min，沿第一主应力方向套孔取岩芯，制备岩石试样；其中，所述岩石试样为直径50mm、高100mm的圆柱状试样。3.如权利要求1所述的应变型岩爆倾向性等级判别方法，其特征在于，对试样开展三轴压缩试验，获得试样的峰值应力和峰值应力点应变，基于体积应变曲线的反弯点确定损伤应力点应变，并基于峰值应力点应变和损伤应力点应变计算得到岩石脆性系数，包括：按0.1mpa/s的加载速率施加围压至预设值；其中，围压的预设值与待评估区域第三主应力绝对值相等；而后以0.5kn/s的加载速率进行轴向加载直至试样达到峰值破坏，立即由荷载控制转换为变形控制，环向变形速率控制在0.02mm/min～0.04mm/min，直至试样轴向应变>1％且轴向应力曲线趋于平缓达到残余应力阶段，获得试样在对应围压下的三轴压缩轴向应力-轴向应变曲线；根据获得的轴向应力-轴向应变曲线得到试样的峰值应力σ
f
、峰值应力点应变ε
f
和损伤应力点应变ε
cd
；并根据公式b＝1/[(ε
f-ε
cd
)/ε
cd
]，计算得到岩石脆性系数b。4.如权利要求1所述的应变型岩爆倾向性等级判别方法，其特征在于，所述对试样开展三轴分级循环加卸载压缩试验，获得试样对应的三轴分级循环加卸载轴向和横向应力-应变曲线，包括：步骤1，按0.1mpa/s的加载速率施加围压至预设值；其中，围压的预设值与待评估区域第三主应力绝对值相等；而后以0.5kn/s的加载速率进行轴向加载，至预设轴向荷载上限等级后以0.5kn/s进行卸载，至偏应力为0；步骤2，对当前的轴向载荷按照预设的分级梯度递增，得到新的轴向载荷，随后，保持加载和卸载速率不变，轴向加载至新的轴向荷载上限等级后卸载至偏应力为0；步骤3，循环执行步骤2，直至试样达到峰值破坏，立即由荷载控制转换为变形控制，环向变形速率控制在0.02mm/min～0.04mm/min，直至试样轴向应变>1％且轴向应力曲线趋于
平缓达到残余应力阶段，获得试样对应的三轴分级循环加卸载轴向和横向应力-应变曲线。5.如权利要求1所述的应变型岩爆倾向性等级判别方法，其特征在于，基于所述应力-应变曲线，计算得到岩石平均储能系数，包括：基于所述应力-应变曲线，计算分级循环加卸载压缩试验各个循环加卸载阶段的输入能密度u
i
和弹性能密度u
ie
；其中，u
i
是对各级循环加载阶段应力-应变曲线积分获得，u
ie
是对各级循环卸载阶段应力-应变曲线积分获得；根据下式，计算得到岩石平均储能系数：其中，表示岩石平均储能系数，n为循环次数。6.如权利要求1所述的应变型岩爆倾向性等级判别方法，其特征在于，基于所述应力-应变曲线，计算得到岩石释放耗能比，包括：基于所述应力-应变曲线，计算分级循环加卸载峰值应力处弹性能密度u
e
，峰后破坏能密度u
a
和残余应力处剩余弹性能密度u
b
；其中，u
e
是对峰值应力处卸载段应力应变曲线积分获得，u
a
是对峰后应力应变曲线积分获得，u
b
是对残余强度处卸载阶段应力应变曲线积分获得；根据下式，计算得到岩石释放耗能比：u
r
＝u
e
/(u
a-u
b
)其中，u
r
表示岩石释放耗能比。7.如权利要求1所述的应变型岩爆倾向性等级判别方法，其特征在于，所述应变型岩爆倾向性系数的计算公式为：其中，r
b
表示应变型岩爆倾向性系数，k
v
表示完整性系数，b表示岩石脆性系数，表示岩石平均储能系数，u
r
表示岩石释放耗能比。8.如权利要求1所述的应变型岩爆倾向性等级判别方法，其特征在于，基于所述岩爆倾向性系数，判别待评估区域应变型岩爆倾向性等级，包括：当r
b
＜2时，判定待评估区域无应变型岩爆倾向性；当2≤r
b
＜4时，判定待评估区域有轻微应变型岩爆倾向性；当4≤r
b
＜6时，判定待评估区域有中等应变型岩爆倾向性；当6≤r
b
时，判定待评估区域有强烈应变型岩爆倾向性。

技术总结
本发明公开了一种应变型岩爆倾向性等级判别方法，包括：在应变型岩爆倾向性待评估区域进行现场取样，制备岩石试样；对试样进行波速测试，测得试样的完整性系数；对试样开展三轴压缩试验，获得试样的峰值应力，峰值应力点应变和损伤应力点应变，并基于峰值应力点应变和损伤应力点应变计算得到岩石脆性系数；对试样开展三轴分级循环加卸载压缩试验，获得试样对应的三轴分级循环加卸载轴向和横向应力-应变曲线；基于应力-应变曲线，计算得到岩石平均储能系数和岩石释放耗能比；计算得到应变型岩爆倾向性系数，据此判别待评估区域应变型岩爆倾向性等级。本发明可以综合考虑岩石力学特性、能量特征和所处地应力环境，实现应变型岩爆倾向性等级判别。爆倾向性等级判别。爆倾向性等级判别。


技术研发人员：苗胜军 李从豪 刘泽京 王正 马毓廷
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2022.12.10
技术公布日：2023/3/10