CN109443943A - 岩石样本强度准则材料参数的构建方法及设备 - Google Patents

岩石样本强度准则材料参数的构建方法及设备 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种岩石样本强度准则材料参数的构建方法及设备。所述方法包括：根据岩石样本及层理角度，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与围压的关系，根据所述岩石样本及围压，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与层理角度的关系；采用自定义的拟合函数，结合所述材料参数与围压的关系以及材料参数与层理角度的关系，获取材料参数与围压及层理角度的关系，构建岩石样本的强度准则材料参数预测值。本发明实施例提供的岩石样本强度准则材料参数的构建方法及设备，可以有效构建岩石样本的强度准则材料参数预测值，并且能够进一步确定岩石样本的强度准则材料参数预测值的准确性，并在此基础上得到改进的H‑B准则。

Description

岩石样本强度准则材料参数的构建方法及设备
技术领域
本发明实施例涉及工程地质学技术领域，尤其涉及一种岩石样本强度准则材料参数的构建方法及设备。
背景技术
边坡、坝基以及地下洞室围岩稳定性评价的核心问题之一就是确定岩体的屈服准则，合理可行的岩体屈服准则是数值模拟评价各类岩体变形与稳定的基础。Hoek-Brown(H-B)准则是目前运用最广泛的岩体屈服准则之一，已被多次发展和完善。
目前Hoek-Brown强度准则已经形成了完整的体系，广泛应用于大型边坡、隧道、地基基础、水电工程、矿山开采等几乎所有与岩体相关的工程。H-B强度准则适用于岩石和岩体，相关参数也可以通过室内试验、经验统计等确定。传统的H-B强度准则还具有以下优点：能够反映岩石、岩体的非线性破坏特点；能够反映结构面、应力状态对岩体强度的影响；能够解释低应力区、拉应力区以及最小主应力对岩体强度的影响；可用于分析具有各向异性的岩体等等。H-B准则经过不断的修正、改进，正朝着精细化、三维化、理论化和微观化等方向发展，已从一个强度经验准则上升为一个理论体系。H-B准则主要有四方面的局限性，其一在高围压下，H-B准则预测的强度与试验数据偏差较大；其二忽略了中间主应力对岩石强度的影响；其三对各向异性明显的节理岩石适用性较差；其四不能准确确定材料参数。随着岩体工程分析与设计的不断细化，对岩体力学参数的确定提出了更高的要求，通过H-B准则和工程实际相结合确定比较准确、符合实际的岩体力学参数的研究还比较少见；随着岩体工程理论、工程经验的不断积累，对H-B准则也提出了更加精细化的要求，需要不断充实现有的H-B准则体系；有必要从参数的微观尺度研究入手，建立H-B准则的多尺度理论基础，从而为H-B准则确定岩石和岩体参数提供更可靠的依据；面对越来越复杂的岩体工程，传统的理论解析以及室内模型试验越来越难以满足工程实际的要求，建立一种经验总结的材料参数获取方法是解决岩体工程问题的快速渠道，这就必须建立更接近实际的经验模型。
确定H-B屈服准则的材料参数mi十分重要。对于完整岩石材料，mi＝σc/σt，其中σc为完整岩石的单轴抗压强度；σt为岩石的单轴抗拉强度，然而由于单轴抗拉强度获取不方便，故将mi视为经验曲线拟合参数，mi应该根据岩石三轴压缩试验数据拟合求得。有学者结合Griffith理论，对完整岩样H-B屈服准则参数mi的取值方法进行了深入研究，得到强脆性岩石参数mi的估算公式，该方法可通过岩石单轴抗压强度σc，启裂强度以及一定的围压水平来表征参数mi，其在评价强脆性岩石参数mi时具有良好的适应性。该方法考虑到参数mi与围压有关，而且可通过岩石单轴压缩试验来确定参数mi，摆脱以往必须通过三轴压缩试验来拟合确定参数mi的限制。虽然众多学者结合岩石三轴压缩试验对H-B屈服准则参数mi的取值方法进行了相关研究，但是目前还没有建立同时考虑围压和层理角度的mi取值方法，准确地确定参数mi仍是业界广泛关注的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种岩石样本强度准则材料参数的构建方法及设备。
第一方面，本发明的实施例提供了一种岩石样本强度准则材料参数的构建方法，包括：根据岩石样本及层理角度，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与围压的关系，根据所述岩石样本及围压，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与层理角度的关系；采用自定义的拟合函数，结合所述材料参数与围压的关系以及材料参数与层理角度的关系，获取材料参数与围压及层理角度的关系，构建岩石样本的强度准则材料参数预测值。
进一步地，所述自定义的拟合函数，包括：
mi＝Aβ2+Bβ+Cσ3+D
其中，mi为材料参数，β为层理角度，σ3为围压，A、B、C和D为拟合数值。
进一步地，在所述构建岩石样本的强度准则材料参数预测值之后，还包括：将所述岩石样本的强度准则材料参数预测值与H-B准则材料参数实测值进行比对，确定所述岩石样本的强度准则材料参数预测值的准确性；其中，H-B准则为Hoek-Brown屈服准则。
进一步地，所述H-B准则材料参数的获取方法，包括：获取岩石样本的围压与轴向应力的曲线，对M-C屈服准则求导得到所述曲线的第一斜率，对H-B准则求导得到所述曲线的第二斜率；根据所述第一斜率和第二斜率，获取岩石样本的H-B屈服准则的材料参数实测值；其中，所述岩石样本的压缩数据为岩石样本的单轴和三轴压缩数据，所述第一斜率与所述第二斜率相等。
进一步地，所述的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，还包括：将自定义的拟合函数代入H-B准则，得到改进的H-B准则。
进一步地，所述的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，还包括：根据所述改进的H-B准则，获取预测第一主应力与实测第一主应力的对比曲线，根据所述对比曲线，确定所述自定义的拟合函数的准确性。
进一步地，所述岩石样本的单轴和三轴压缩数据，包括：围压、轴向应力、轴向应变和横向应变。
第二方面，本发明的实施例提供了一种岩石样本强度准则材料参数的构建装置，包括：
材料参数关系获取模块，用于根据岩石样本及层理角度，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与围压的关系，根据所述岩石样本及围压，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与层理角度的关系；
材料参数构建模块，用于采用自定义的拟合函数，结合所述材料参数与围压的关系以及材料参数与层理角度的关系，获取材料参数与围压及层理角度的关系，构建岩石样本的强度准则材料参数预测值。
第三方面，本发明的实施例提供了一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与处理器通信连接的至少一个存储器，其中：
存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的岩石样本强度准则材料参数的构建方法。
第四方面，本发明的实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行第一方面的各种可能的实现方式中任一种可能的实现方式所提供的岩石样本强度准则材料参数的构建方法。
本发明实施例提供的岩石样本强度准则材料参数的构建方法及设备，通过采用自定义的拟合函数，结合所述材料参数与围压的关系以及材料参数与层理角度的关系，可以有效构建岩石样本的强度准则材料参数预测值，再将构建出的材料参数预测值与H-B准则材料参数实测值进行比对，能够进一步确定岩石样本的强度准则材料参数的准确性，并在此基础上得到改进的H-B准则。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的岩石样本强度准则材料参数的构建方法流程图；
图2为现有技术提供的岩石定向取芯获取岩石样本示意图；
图3为现有技术提供的岩石样本三轴试验***结构示意图；
图4为本发明实施例提供的第十二类岩石样本在不同围压下的mi拟合曲线示意图；
图5为本发明实施例提供的第一类岩石样本在不同层理角度下的mi拟合曲线示意图；
图6为本发明实施例提供的多种岩石样本的mi预测值与实测值对比示意图；
图7为本发明实施例提供的多种岩石样本的围压σ1预测值与实测值对比示意图；
图8为本发明实施例提供的岩石样本强度准则材料参数的构建装置结构示意图；
图9为本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明实施例提供了一种岩石样本强度准则材料参数的构建方法，参见图1，该方法包括：
101、根据岩石样本及层理角度，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与围压的关系，根据所述岩石样本及围压，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与层理角度的关系；
102、采用自定义的拟合函数，结合所述材料参数与围压的关系以及材料参数与层理角度的关系，获取材料参数与围压及层理角度的关系，构建岩石样本的强度准则材料参数预测值。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，所述自定义的拟合函数，包括：
mi＝Aβ2+Bβ+Cσ3+D
其中，mi为材料参数，β为层理角度，σ3为围压，A、B、C和D为拟合数值。具体地，A、B、C和D在不同的实验中，拟合出的数值不一样，且在H-B准则中表现为拟合数值若增大，则包络线逐渐向上凹起，且围压与轴压的斜率逐渐增大。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，在所述构建岩石样本的强度准则材料参数预测值之后，还包括：将所述岩石样本的强度准则材料参数预测值与H-B准则材料参数实测值进行比对，确定所述岩石样本的强度准则材料参数预测值的准确性；其中，H-B准则为Hoek-Brown屈服准则。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，所述H-B准则材料参数的获取方法，包括：获取岩石样本的围压与轴向应力的曲线，对M-C屈服准则求导得到所述曲线的第一斜率，对H-B准则求导得到所述曲线的第二斜率；根据所述第一斜率和第二斜率，获取岩石样本的H-B屈服准则的材料参数实测值；其中，所述岩石样本的压缩数据为岩石样本的单轴和三轴压缩数据，所述第一斜率与所述第二斜率相等。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，还包括：将自定义的拟合函数代入H-B准则，得到改进的H-B准则。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，还包括：根据所述改进的H-B准则，获取预测第一主应力与实测第一主应力的对比曲线，根据所述对比曲线，确定所述自定义的拟合函数的准确性。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，所述岩石样本的单轴和三轴压缩数据，包括：围压、轴向应力、轴向应变和横向应变。
本发明实施例提供的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，通过采用自定义的拟合函数，结合所述材料参数与围压的关系以及材料参数与层理角度的关系，可以有效构建岩石样本的强度准则材料参数预测值，再将构建出的材料参数预测值与H-B准则材料参数实测值进行比对，能够进一步确定岩石样本的强度准则材料参数的准确性，并在此基础上得到改进的H-B准则。
为了更加清晰地阐述本专利技术方案的精神实质，下面通过更加具体的例子对本发明的技术方案做进一步介绍。需要说明的是，该例子仅仅是为了便于理解本发明实施例中介绍的技术方案，并不是对本发明保护范围的限制，任何符合本发明实施例的技术方案，均在本专利的保护范围之内。
采用12种试验岩石样本进行验证。引用第一种岩石为层状岩石(Layered rock)，层理角度设置为0,15,35,70,90，围压设置为0,10,20,30,40,50，数据量30组；第二种岩石为模拟岩石(Model_Rock_I)，层理角度设置为0,30,45,60,75,90，围压设置为0,2,4,8,16,32，数据量36组；第三种岩石为模拟岩石(Model_Rock_II)，层理角度设置为0,30,45,60,75,90，围压设置为0,2,8,16,32,64，数据量36组；第四种岩石为模拟岩石(Model_Rock_III)，层理角度设置为0,30,45,60,75,90，围压设置为0,5,20,36,50,74，数据量36组；第五种岩石为砂岩(Sandstone)，层理角度设置为0,22.5,45,67.5,90，围压设置为0,20,40,60，数据量20组；第六种岩石为片麻岩(Gneiss_A)，层理角度设置为0,30,45,90，围压设置为0,1.8,3,3.6,4.2,6,7.8,9,12,15.6,18,27,31.2，数据量29组；第七种岩石为片麻岩(Gneiss_B)，层理角度设置为0,30,45,90，围压设置为0,1.8,3,3.6,4.8,6,7.2,7.8,10.2,14.4,15.6,21,21.6,24,31.2,38.4,46，数据量34组；第八种岩石为大理岩(Marble)，层理角度设置为0,30,45,75,90，围压设置为0,3.6,4.8,7.2,9.6,15.6,19.2,24,27,31.2,40,46，数据量36组；第九种岩石为片岩(Athens_schist)，层理角度设置为0,20,37.5,60,90，围压设置为0,3.6,7.2,7.8,12,15.6,24,31.2,46，数据量40组；第十种岩石为千枚岩(Phyllite_dry)，层理角度设置为0,15,30,45,60,75,90，围压设置为0,5,15,30,60，数据量35组；第十一种岩石为千枚岩(Phyllite_Saturated)，层理角度设置为0,15,30,45,60,75,90，围压设置为0,5,15,30,60，数据量35组；第十二种岩石为砂岩(Sandstone)，层理角度设置为0,15,30,45,60,75,90，围压设置为0,5,15,25,35,45,55，数据量49组。综上，本发明参考单轴或三轴试验数据共416组。针对这12组岩石样本，构建并验证岩石样本的强度准则材料参数(即mi参数)，具体步骤包括：
步骤一：为了解层理面影响下岩石的力学特性、强度特征和破裂模式的各向异性，在取芯时钻取方向与层理面的夹角依次为0度到90度，层理角度取值依具体情况而定。加工好的圆柱体试样直径为50mm，长度为100mm，误差±0.5mm，端面平行度±0.02mm。为避免试验结果的离散性，每组试验至少做3个试样，并取平均值；
步骤二：在所述岩样中部安装测量仪，并将所述岩样安装在加载压力机的试样台上；
步骤三：不同层理角度和不同围压情况下各向异性岩石的压缩试验设计，针对每种层理角度的岩石开展不同围压情况下的单轴或三轴压缩试验，如对于砂岩，设计层理角度0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°，每一种层理角度对应着0、5MPa、15MPa、25MPa、35MPa、45MPa、55MPa的围压，开展单轴或三轴试验；
步骤四：加载所述岩样，实时采集围压、轴向应力、轴向应变和横向应变；
步骤五：收集不同岩石的单轴、三轴压缩试验数据，绘制所有岩石的围压与轴向应力曲线，通过线性拟合得出斜率(对M-C准则求导)；
步骤六：通过对H-B准则求导可得岩石峰值强度与围压拟合曲线的斜率，该斜率计算公式是关于材料参数mi的公式，而通过H-B准则和Mohr-Coulomb(M-C)屈服准则得到的岩石峰值强度与围压拟合曲线的斜率相等，因此，可计算得出H-B准则的参数mi(此mi为实际的岩石样本强度准则材料参数)；
步骤七：建立不同岩石、不同层理角度情况下参数mi与围压的关系式，根据曲线拟合，选择拟合效果较好地表示两者之间的关系，本发明选择线性公式和指数函数说明；
步骤八：建立不同岩石、不同围压情况下参数mi与层理角度的关系式，根据曲线拟合，选择拟合效果较好地表示两者之间的关系，本发明选择多项式和三角函数说明；
步骤九：由于mi＝f(σ3),mi＝f(β)的函数关系不能显性地表达为mi＝f(σ3,β),为综合表征围压和层理角度与材料参数mi的函数关系，最终采用自定义拟合函数mi＝Aβ2+Bβ+Cσ3+D(该公式内的各个参数含义与前述实施例中相同，在此不再赘述)来表征参数mi与围压、层理角度的关系；
步骤十：绘制自定义拟合函数求取的mi预测值与mi实测值的1:1对比曲线，验证计算获取的mi值的合理性；
步骤十一：根据获取的mi自定义拟合公式代入H-B准则，得出改进的H-B准则，绘制改进准则求取的σ1预测值与σ1实测值的1:1对比曲线，验证改进模型的合理性。
在岩石中定向取芯获取岩石样本可以参见图2，首先进行野外取样，取样时选取大尺寸岩块，以尽量减少材料的变化，通过特定仪器开展钻取岩芯工作，将岩石固定在钻机倾斜底座上，以便在不同的片理方向取芯。所采用机器为一个重型金刚石钻具组合，配备了50mm内径金刚石浸渍岩芯，供水***和切削速度选择器，用于钻探岩芯。为了解层理面影响下页岩的力学特性、强度特征和破裂模式的各向异性，在取芯时钻取方向与岩石(图2中长方体)的层理面的夹角依次为0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°，不同岩石的钻取方向与层理面的夹角选取依实际情况而定，并非限定在这一组夹角内。例如，图2中选取的是0°、30°、60°和90°。岩石样本的尺寸为长度与直径的比例为2:1。例如，加工好的圆柱体岩石样本直径为50mm，长度为100mm，误差±0.5mm，端面平行度±0.02mm。根据国际岩石力学学会建议的使用研磨轮的方法，长径比等于2的试样端面平坦，其误差在规定的公差以内。
在取得岩石样本后，要对岩石样本进行三轴压缩试验。试验的具体情况请参见图3，图3中包括：控制***301、检波器302、横向应变片303、热缩塑料304、液压油305、加载压力机306、上压头307、三轴室308、轴向应变片309、岩石样本310和下压头311。
在压缩试验的过程中，首先用热缩塑料304包裹住岩石样本310，然后将轴向应变片309和横向应变片303安装在套有热缩塑料304的岩石样本310的表面的中间部分，轴向应变片309垂直放置，横向应变片303水平放置，轴向应变片309与横向应变片303保持垂直；然后，打开三轴室308，将制备好的岩石样本310放置在下压头311上面；下放三轴室308，使加载装置中的上压头307、下压头311均与岩石样本310接触；控制***301产生输入液压油305的指令，将液压油305输入到三轴室308中，用于调节岩石样本310的围压；然后控制***301设置试验的控制方式，并产生压缩指令，控制加载压力机306，对岩石样本310进行压缩；利用控制***301对数据进行采集和处理。
岩石样本在不同围压与mi的拟合曲线可以参见图4，图4中包括：线性拟合(a)及指数函数拟合(b)，层理角度为0度到90度，步长为15度，拟合曲线公式分别为y＝a+b*x与y＝A1*exp(-x/t1)+y0。广义H-B强度准则表示如下：式中，σci为单轴抗压强度，σ3为围压。对于完整岩石样本，s＝1，a＝0.5，mb＝mi，广义H-B准则可以表示为：通过上式求导可得岩石样本的第一主应力σ1与围压的拟合曲线的斜率k，根据M-C屈服准则亦可得岩石峰值强度与围压拟合曲线的斜率k，假定摩擦角φ为围压的函数，并且通过H-B和M-C屈服准则得到的岩石样本第一主应力σ1与围压拟合曲线的斜率相等，于是联立上述两式即可得完整岩石样本H-B屈服准则参数mi与围压以及摩擦角φ的关系：其中，根据上式求出mi后，可以建立mi与围压的关系式，根据曲线拟合结果可知，采用多项式或指数函数拟合时，拟合结果均很好，拟合的得到的相关系数差别并不是很大，本发明选择形式简单的线性公式mi＝kσ3+b或指数函数mi＝A1exp(-σ3/B1)+C1。图4是根据第十二种岩石(砂岩)共49组数据拟合参数mi与围压的结果，表明采用线性公式或指数函数拟合结果都很好。
岩石样本在不同层理角度下与mi的拟合曲线参见图5，图5中包括：多项式拟合曲线(a)及三角函数拟合曲线(b),围压为0至50MPa，步长为10MPa，拟合曲线公式分别为y＝ax2+bx+c和y＝asin[b(x-c)]+d。在求出mi后(由图4中求出)，可以建立参数mi与层理角度的关系式，根据曲线拟合结果可知，采用多项式或三角函数拟合时，拟合结果均很好，拟合得到的相关系数差别并不是很大，本发明选择形式简单的多项式mi＝kβ2+bβ+t或三角函数mi＝A2sin(B2(β-C2))+D2。其中，k、b、t、A2、B2、C2和D2均为拟合参数。图5则是根据第一种岩石(层状岩石)共30组数据拟合参数mi与层理角度的结果，表明采用多项式或三角函数拟合结果都很好。
岩石样本的预测材料参数与实际材料参数进行对比可以参见图6，图6中，黑点表示mi，实线表示均值线，短线表示90％上下限，短线加点表示80％上下限。这里涉及到mi值的确定方法，具体如下：由于mi＝f(σ3),mi＝f(β)的函数关系不能显性地表达为mi＝f(σ3,β),为综合表征围压和层理角度与材料参数mi的函数关系，采用自定义拟合函数：mi＝A sin(B(β-C))+D exp(-σ3/F)+G，对第一类岩石数据进行拟合，拟合相关系数为0.4729，相关性较差，由此可知通过该方程建立mi＝f(σ3,β)行不通；采用自定义拟合函数：mi＝Aβ2+Bβ+Cσ3+D，对第一类岩石数据进行拟合，拟合相关系数为0.8861，相关性较好，可用于建立mi＝f(σ3,β)；采用自定义拟合函数：mi＝A sin(B(β-C))+Dσ3+E，对第一类岩石数据进行拟合，拟合相关系数为0.7417，相关性较好，可用于建立mi＝f(σ3,β)；采用自定义拟合函数：mi＝Aβ2+Bβ+C exp(-σ3/D)+E，对第一类岩石数据进行拟合，拟合相关系数为0.4999，相关性较差，不建议用来建立mi＝f(σ3,β)。同理，对其余11类岩石进行同样操作，获取结果类似，均表明第二种自定义拟合函数拟合效果最好。综上所述，选取函数mi＝Aβ2+Bβ+Cσ3+D来表征参数mi与围压、层理角度的关系，即简单又最合理。因此，可得改进的H-B准则：在改进的H-B准则式中对于参数C，由于其量纲为应力的倒数，故假定其与岩石的单轴抗压强度负相关，即C＝γ/σci，参数γ亦为经验参数，于是上式可表达为：由此建立了考虑了不同围压和不同层理角度的强度准则，该模型包含参数A，B，γ和D(均为拟合曲线参数)，岩石的单轴抗压强度可通过岩石单轴压缩试验求取。
根据公式计算出的mi值为实测值，根据拟合公式mi＝Aβ2+Bβ+Cσ3+D计算得出的mi值为预测值，绘制不同岩石的mi实测值与预测值的对比图，若拟合结果良好，则表明该公式能够同时表征材料参数mi与围压和层理角度的关系。通过绘制12种岩石的mi实测值与预测值的对比图，可知效果很好。图6中采用80％上下限和90％上下限评估预测结果的合理性，可知大多数据点落在90％上下限内，几乎全部数据点落在80％上下限内，因此，本发明提出的方法具有切实可行性。
岩石样本的第一主应力σ1的预测值与实测值的对比效果请参见图7，图7中，黑点表示应力，实线表示均值线，短线表示90％上下限，短线加点表示80％上下限。根据测量仪测出的σ1值为实测值，根据本专利改进的H-B公式计算得出的σ1值为预测值，绘制不同岩石的σ1实测值与预测值的对比图，若拟合结果良好，则表明本发明提出的一种完整岩石H-B准则参数mi的构建方法是合理的。通过绘制12种岩石的σ1实测值与预测值的对比图，可知效果很好。图7中采用80％上下限和90％上下限评估预测结果的合理性，可知大多数据点落在90％上下限内，几乎全部数据点落在80％上下限内，因此，本发明提出的方法具有切实可行性。
本发明各个实施例的实现基础是通过具有处理器功能的设备进行程序化的处理实现的。因此在工程实际中，可以将本发明各个实施例的技术方案及其功能封装成各种模块。基于这种现实情况，在上述各实施例的基础上，本发明的实施例提供了一种岩石样本强度准则材料参数的构建装置，该装置用于执行上述方法实施例中的岩石样本强度准则材料参数的构建方法。参见图8，该装置包括：
材料参数关系获取模块801，用于根据岩石样本及层理角度，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与围压的关系，根据所述岩石样本及围压，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与层理角度的关系；
材料参数构建模块802，用于采用自定义的拟合函数，结合所述材料参数与围压的关系以及材料参数与层理角度的关系，获取材料参数与围压及层理角度的关系，构建岩石样本的强度准则材料参数预测值。
本发明实施例提供的岩石样本强度准则材料参数的构建装置，采用材料参数关系获取模块和材料参数构建模块，通过采用自定义的拟合函数，结合所述材料参数与围压的关系以及材料参数与层理角度的关系，可以有效构建岩石样本的强度准则材料参数预测值，再将构建出的材料参数预测值与H-B准则材料参数实测值进行比对，能够进一步确定岩石样本的强度准则材料参数的准确性，并在此基础上得到改进的H-B准则。
本发明实施例的方法是依托电子设备实现的，因此对相关的电子设备有必要做一下介绍。基于此目的，本发明的实施例提供了一种电子设备，如图9所示，该电子设备包括：至少一个处理器(processor)901、通信接口(Communications Interface)904、至少一个存储器(memory)902和通信总线903，其中，至少一个处理器901，通信接口904，至少一个存储器902通过通信总线903完成相互间的通信。至少一个处理器901可以调用至少一个存储器902中的逻辑指令，以执行如下方法：根据岩石样本及层理角度，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与围压的关系，根据所述岩石样本及围压，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与层理角度的关系；采用自定义的拟合函数，结合所述材料参数与围压的关系以及材料参数与层理角度的关系，获取材料参数与围压及层理角度的关系，构建岩石样本的强度准则材料参数。
此外，上述的至少一个存储器902中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。例如包括：根据岩石样本及层理角度，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与围压的关系，根据所述岩石样本及围压，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与层理角度的关系；采用自定义的拟合函数，结合所述材料参数与围压的关系以及材料参数与层理角度的关系，获取材料参数与围压及层理角度的关系，构建岩石样本的强度准则材料参数。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种岩石样本强度准则材料参数的构建方法，其特征在于，包括：
根据岩石样本及层理角度，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与围压的关系，根据所述岩石样本及围压，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与层理角度的关系；
采用自定义的拟合函数，结合所述材料参数与围压的关系以及材料参数与层理角度的关系，获取材料参数与围压及层理角度的关系，构建岩石样本的强度准则材料参数预测值。
2.根据权利要求1所述的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，其特征在于，所述自定义的拟合函数，包括：
mi＝Aβ2+Bβ+Cσ3+D
其中，mi为材料参数，β为层理角度，σ3为围压，A、B、C和D为拟合数值。
3.根据权利要求1所述的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，其特征在于，在所述构建岩石样本的强度准则材料参数预测值之后，还包括：
将所述岩石样本的强度准则材料参数预测值与H-B准则材料参数实测值进行比对，确定所述岩石样本的强度准则材料参数预测值的准确性；
其中，H-B准则为Hoek-Brown屈服准则。
4.根据权利要求3所述的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，其特征在于，所述H-B准则材料参数实测值的获取方法，包括：
获取岩石样本的围压与轴向应力的曲线，对M-C屈服准则求导得到所述曲线的第一斜率，对H-B准则求导得到所述曲线的第二斜率；
根据所述第一斜率和第二斜率，获取岩石样本的H-B屈服准则的材料参数实测值；
其中，所述岩石样本的压缩数据为岩石样本的单轴和三轴压缩数据，所述第一斜率与所述第二斜率相等。
5.根据权利要求3所述的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，其特征在于，还包括：
将自定义的拟合函数代入H-B准则，得到改进的H-B准则。
6.根据权利要求5所述的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，其特征在于，还包括：
根据所述改进的H-B准则，获取预测第一主应力与实测第一主应力的对比曲线，根据所述对比曲线，确定所述自定义的拟合函数的准确性。
7.根据权利要求1所述的岩石样本强度准则材料参数的构建方法，其特征在于，所述岩石样本的单轴和三轴压缩数据，包括：
围压、轴向应力、轴向应变和横向应变。
8.一种岩石样本强度准则材料参数的构建装置，其特征在于，包括：
材料参数关系获取模块，用于根据岩石样本及层理角度，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与围压的关系，根据所述岩石样本及围压，采用曲线拟合的方式，获取材料参数与层理角度的关系；
材料参数构建模块，用于采用自定义的拟合函数，结合所述材料参数与围压的关系以及材料参数与层理角度的关系，获取材料参数与围压及层理角度的关系，构建岩石样本的强度准则材料参数预测值。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，
所述处理器、存储器、通信接口通过所述总线完成相互间的通信；
所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令，以执行如权利要求1至7任一项所述的方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至7中任一项所述的方法。
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