本發(fā)明涉及一種由巖體快速分級加載蠕變試驗(yàn)曲線直接確定巖體長期強(qiáng)度的方法，該方法主要適用于巖體工程長期安全領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著水利水電、能源、交通等領(lǐng)域工程的快速發(fā)展和建設(shè)，大型工程涉及到的壩基、隧洞、邊坡等巖體結(jié)構(gòu)在荷載作用下的長期安全性顯得尤為重要。為了評價(jià)巖體結(jié)構(gòu)的長期安全性，其中一個(gè)重要的參數(shù)即巖體長期強(qiáng)度。近些年來，在巖體長期強(qiáng)度確定方法領(lǐng)域取得了豐富的研究成果，這些成果對巖體結(jié)構(gòu)長期安全評價(jià)發(fā)揮了一定的作用。
巖體長期強(qiáng)度的確定主要是尋求巖體在荷載作用下由黏彈性向黏塑性轉(zhuǎn)變的應(yīng)力閾值，該值對于巖體長期穩(wěn)定具有重要影響。現(xiàn)階段，我國《水利水電工程巖石試驗(yàn)規(guī)程SL264-2001》規(guī)定采用蠕變試驗(yàn)等時(shí)簇曲線方法作為巖體長期強(qiáng)度的確定方法。此外較常用的巖體長期強(qiáng)度確定方法還有過渡蠕變法以及蠕變曲線第一拐點(diǎn)法，上述三種方法也是現(xiàn)階段確定巖體長期強(qiáng)度最為常用的方法。
等時(shí)簇曲線法以蠕變試驗(yàn)成果為基礎(chǔ)，繪制應(yīng)力-變形等時(shí)簇曲線，并以等時(shí)簇曲線拐點(diǎn)的水平漸近線對應(yīng)的應(yīng)力作為長期強(qiáng)度；過渡蠕變法則以蠕變曲線出現(xiàn)等速蠕變階段的應(yīng)力閾值作為長期強(qiáng)度；蠕變曲線第一拐點(diǎn)法以某級應(yīng)力下蠕變曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)的時(shí)間趨于無窮時(shí)的應(yīng)力閾值作為長期強(qiáng)度。上述三種方法就理論上而言都能夠確定巖體長期強(qiáng)度，但由此確定長期強(qiáng)度時(shí)工作量大且往往精確度不高。一方面，上述方法要求對蠕變試驗(yàn)曲線進(jìn)行處理，該過程較為繁雜，工作量大，且會(huì)引入處理誤差；另一方面，上述方法均需人為判斷試驗(yàn)曲線拐點(diǎn)位置，很多情況下這種拐點(diǎn)難以判斷且判斷誤差較大；此外，采用后兩種方法只能確定長期強(qiáng)度的范圍值，而得不到長期強(qiáng)度確定值。
實(shí)際工程中，長期強(qiáng)度往往根據(jù)巖體蠕變試驗(yàn)成果來確定，而蠕變試驗(yàn)以分級加載的方式進(jìn)行，因此整個(gè)蠕變試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間長，受環(huán)境因素影響大，耗費(fèi)的代價(jià)很大。在對分級加載曲線進(jìn)行疊加時(shí)會(huì)引入誤差，人為判斷曲線拐點(diǎn)也會(huì)進(jìn)一步累積誤差，從而導(dǎo)致確定的長期強(qiáng)度誤差較大。此外，對于流變性較小的巖體，蠕變曲線的拐點(diǎn)非常不易確定，也給長期強(qiáng)度的確定帶來了困難。因此，在實(shí)際工程中，需要一種能夠克服上述缺點(diǎn)的方法來確定巖體長期強(qiáng)度。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種由快速蠕變試驗(yàn)直接確定巖體長期強(qiáng)度的方法，提供一種既能夠縮短蠕變試驗(yàn)時(shí)間，又可以由分級加載蠕變試驗(yàn)曲線直接確定巖體長期強(qiáng)度，而不需要人為判斷拐點(diǎn)的定量方法，從而為巖體結(jié)構(gòu)的長期安全評價(jià)提供可靠的依據(jù)。
本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種由快速蠕變試驗(yàn)直接確定巖體長期強(qiáng)度的方法，包括以下步驟：
1)對研究巖體進(jìn)行分級加載蠕變試驗(yàn)，得到巖體分級加載蠕變試驗(yàn)曲線；
2)根據(jù)分級加載蠕變試驗(yàn)曲線判斷出現(xiàn)黏塑性變形的最低荷載值；
3)對于出現(xiàn)黏塑性變形的試驗(yàn)曲線，采用蠕變變形通式擬合得到黏塑性變形速率；
4)根據(jù)黏塑性變形速率和應(yīng)力水平的關(guān)系，外推得到黏塑性變形速率為0所對應(yīng)的應(yīng)力即為長期強(qiáng)度。
在采用上述技術(shù)方案的同時(shí)，本發(fā)明可以采用或者組合采用以下進(jìn)一步的技術(shù)方案：
在分級加載蠕變試驗(yàn)中不要求變形達(dá)到穩(wěn)定即可進(jìn)行下一荷載級的試驗(yàn)，且無需對分級加載蠕變試驗(yàn)曲線進(jìn)行疊加。
出現(xiàn)黏塑性變形的最低荷載值是指：對于分級加載蠕變試驗(yàn)曲線分別采用黏彈性蠕變變形通式(a)和黏彈塑性蠕變變形通式(b)進(jìn)行逐級擬合，當(dāng)擬合至某一級曲線，黏彈塑性蠕變通式擬合效果優(yōu)于黏彈性蠕變通式時(shí)，此時(shí)的荷載值即為最低荷載值，
其中，黏彈性蠕變變形通式為u(t)＝A+B(1-e-Ct)，
黏彈塑性蠕變變形通式為u(t)＝A+B(1-e-Ct)+Dt，
式中，A，B，C，D為常數(shù)，u(t)為t時(shí)刻的變形，e為自然對數(shù)。
在黏彈塑性蠕變變形通式中，D＝Eloge(σ)+F，式中，E，F(xiàn)為常數(shù)，σ為應(yīng)力。
在黏彈塑性蠕變通式中的參數(shù)D表征黏塑性變形速率的大小。
本發(fā)明的有益效果是：1)采用本發(fā)明的方法確定長期強(qiáng)度，進(jìn)行巖體蠕變試驗(yàn)時(shí)并不要求試驗(yàn)曲線達(dá)到穩(wěn)定即可進(jìn)入下級荷載試驗(yàn)，可大大縮短試驗(yàn)時(shí)間，節(jié)省成本，降低環(huán)境因素的影響；2)本發(fā)明采用的方法確定巖體長期強(qiáng)度無需對分級加載蠕變試驗(yàn)曲線進(jìn)行疊加，避免了曲線疊加引入誤差；3)本發(fā)明確定巖體長期強(qiáng)度無需人為判斷試驗(yàn)曲線拐點(diǎn)，整個(gè)長期強(qiáng)度確定過程均有定量指標(biāo)，確定的長期強(qiáng)度也是定值；4)本發(fā)明確定巖體長期強(qiáng)度方法特別適用于工程中流變性較小的硬質(zhì)巖體，因此為硬質(zhì)巖體長期強(qiáng)度的確定提供了相對可靠的方法。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的具體實(shí)施操作過程如下：
1)對所研究巖體取樣，并進(jìn)行快速分級加載蠕變試驗(yàn)，得到分級加載蠕變試驗(yàn)曲線，在蠕變試驗(yàn)中并不要求變形達(dá)到穩(wěn)定即可進(jìn)行下一荷載級的試驗(yàn)；
2)對于分級加載蠕變試驗(yàn)曲線，分別采用黏彈性蠕變變形通式(a)和黏彈塑性蠕變變形通式(b)進(jìn)行逐級擬合，當(dāng)擬合至某一級曲線時(shí)，黏彈塑性蠕變通式擬合效果優(yōu)于黏彈性蠕變通式時(shí)，表明該級荷載下巖體已出現(xiàn)黏塑性蠕變變形；
u(t)＝A+B(1-e-Ct) (a)
u(t)＝A+B(1-e-Ct)+Dt(b)
上述式中，A，B，C，D為常數(shù)，u(t)為t時(shí)刻的變形，e為自然對數(shù)。
3)對于出現(xiàn)黏塑性變形的每一級蠕變曲線，采用黏彈塑性蠕變變形通式(b)進(jìn)行擬合，得到不同荷載級下的擬合參數(shù)；
4)黏彈塑性蠕變通式中的參數(shù)D表征了黏塑性變形速率的大小，因此可采用擬合式(c)擬合參數(shù)D和應(yīng)力水平的關(guān)系，進(jìn)而計(jì)算得到參數(shù)D為0對應(yīng)的荷載值，該荷載即為巖體長期強(qiáng)度；
D＝Eloge(σ)+F (c)
本發(fā)明可以在實(shí)際工程中用于巖體及結(jié)構(gòu)面長期強(qiáng)度的確定，從而進(jìn)一步評價(jià)巖體結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定和安全。