本發(fā)明涉及巖土力學領(lǐng)域，具體涉及一種層狀巖石各向異性單軸抗壓強度的預測方法。

背景技術(shù)：

大多數(shù)變質(zhì)巖和沉積巖的強度和變形行為表現(xiàn)出明顯的各向異性特征。受弱結(jié)構(gòu)面或各向異性面(片理、層理和流動構(gòu)造等)的影響，實驗巖樣的強度與加載方向有關(guān)。其強度最大值通常位于方位角(最大主應(yīng)力與各向異性面之間的夾角)0°或90°，而強度最小值通常位于方位角30～45°。理論上一般將各向異性巖石視為橫觀各向同性介質(zhì)，在各向異性面上彈性性質(zhì)和強度參數(shù)恒定，而在與弱面相交的方向上強度隨方位角逐漸變化。確定巖石的各向異性單軸抗壓強度一般通過單軸壓縮實驗測試得到，但這需要獲取不同方位角上的實驗巖心，實驗巖心數(shù)量多、花費高，同時不能預測任意方位角上的單軸抗壓強度。因此本發(fā)明提出一種層狀巖石各向異性單軸抗壓強度的預測方法，利用該方法，可減少實驗耗材及測試費用，預測結(jié)果合理，應(yīng)用價值較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：提供一種層狀巖石各向異性單軸抗壓強度的預測方法，該方法操作簡單，可預測層狀巖石的各向異性單軸抗壓強度，為巖土工程領(lǐng)域的工程穩(wěn)定性評價和風險評價提供理論支撐和技術(shù)支撐。

為達到上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種層狀巖石各向異性單軸抗壓強度的預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)選取層狀地層實驗巖樣，以平行于各向異性面的方向鉆取圓柱體實驗巖心；

(2)取各向異性面所在的方向為方位角0°，沿巖心柱環(huán)向方向，以一定角度為間隔在方位角0～90°方向取N個測試點，利用聲波時差測試儀分別測定這N個方位角上的聲波速度；

(3)根據(jù)以下公式計算N個方位角上的單軸抗壓強度：

${\mathrm{\σ}}_{c\mathrm{\β}}=3.67V_{p\mathrm{\β}}^{2.14}$

式中：σ_cβ為方位角β方向的單軸抗壓強度，V_pβ為方位角β方向的聲波速度，

(4)根據(jù)得到的N個方位角上的單軸抗壓強度擬合以下理論公式的各向異性指數(shù)m和n：

式中：σ_c0為方位角0°方向的單軸抗壓強度，σ_c90為方位角90°方向的單軸抗壓強度，σ_cmin為各方位角上單軸抗壓強度的最小值，θ為σ_cmin所在的方位角。

取平均絕對相對誤差百分比AAREP值取最小時的m和n值為最佳預測結(jié)果，進而可以預測任意方位角上的單軸抗壓強度，AAREP計算公式為：

$AAREP=\frac{\mathrm{\Σ}\left|\frac{{\mathrm{\σ}}_{c,pred}-{\mathrm{\σ}}_{c,\exp }}{{\mathrm{\σ}}_{c,\exp }}\right|}{N}$

式中：AAREP為平均絕對相對誤差百分比，σ_c,pred為通過理論公式預測的單軸抗壓強度，σ_c,exp為通過聲發(fā)射實驗確定的單軸抗壓強度。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：本發(fā)明提供的方法和數(shù)學模型能夠準確的預測層狀巖石的各向異性單軸抗壓強度，同時只需1塊小巖心柱體，可以大大節(jié)省測試耗費，具有經(jīng)濟、可操作性強等優(yōu)點，結(jié)合巖體力學數(shù)值模擬手段，可為巖土工程領(lǐng)域的工程穩(wěn)定性評價和風險評價提供有力的科學依據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明預測各向異性單軸抗壓強度的流程圖；

圖2為圓柱體巖樣取心方向示意圖；

圖3為聲波速度測試位置點方向示意圖；

圖4為聲波速度隨方位角的變化；

圖5為預測的單軸抗壓強度隨方位角變化。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步詳細的說明。

(1)取某層狀地層實驗巖樣，按如圖2所示以平行于各向異性面的方向鉆取圓柱體實驗巖心，巖心直徑2.54cm；

(2)按照圖3所示的測試方向，沿巖心柱環(huán)向方向，以15°為間隔取7個方位角上的測試點，利用聲波時差測試儀分別測定0°、15°、30°、45°、60°、75°和90°共7個方位角上的聲波速度，結(jié)果見圖4；

(3)根據(jù)以下公式計算7個方位角上的單軸抗壓強度實驗結(jié)果：

${\mathrm{\σ}}_{c\mathrm{\β}}=3.67V_{p\mathrm{\β}}^{2.14}$

式中：σ_cβ為方位角β方向的單軸抗壓強度，V_pβ為方位角β方向的聲波速度；

(4)根據(jù)得到的7個方位角上的單軸抗壓強度實驗值擬合以下理論公式的各向異性指數(shù)m和n：

式中：σ_c0為方位角0°方向的單軸抗壓強度，σ_c90為方位角90°方向的單軸抗壓強度，σ_cmin為各方位角上單軸抗壓強度的最小值，θ為σ_cmin所在的方位角。

當m＝1.1，n＝1.0時，AAREP＝0.52％，單軸強度實驗值和預測值擬合效果最好，進而可以預測得到任意方位角上的單軸抗壓強度，結(jié)果見圖5，此結(jié)果可以進一步用于評價巖土工程領(lǐng)域工程穩(wěn)定性分析和風險分析。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳可行的具體實施例，本發(fā)明的保護范圍不限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可顯而易見地得到技術(shù)方案的簡單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。