(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211266620.0 (22)申请日 2022.10.17 (71)申请人 昆明理工大 学 地址 650093 云南省昆明市五华区学府路 253号 (72)发明人 张晶　周宗红　周雨晖　刘军　 刘永文　 (74)专利代理 机构 天津煜博知识产权代理事务 所(普通合伙) 12246 专利代理师 朱维 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G06F 17/15(2006.01) G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种图表法估算岩石弹性模量的方法 (57)摘要 本发明涉及一种图表法估算岩石弹性模量 的方法， 属于岩石力学技术领域。 本发明包括点 荷载实验、 弹性力学、 π定理和数值模拟， 点荷载 实验和弹性力学用于建立岩石弹性模量与点荷 载实验的关系， π定理用于整合岩石弹性模量影 响因子间的关系， 利用π定理整合点荷载实验中 岩石弹性模量的影 响因子， 得到关于岩石弹性模 量的模糊函数关系， 即 随后利用数值模拟的方法模拟大量岩样的点荷 载实验， 将数值计算结果代入前述模糊函数关 系， 计算模糊函数中ES/P、 和F三个无 量纲表达式的值， 得到可估算岩石弹性模量的无 量纲图表； 在利用点荷载 实验测定岩石单轴抗压 强度时， 可同步估算岩石弹性模量。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 115493936 A 2022.12.20 CN 115493936 A 1.一种图表法估算岩石弹性模量的方法， 其特征在于： 包括安全隔离区、 钢筋混凝土墙 和废石散体堆的设置， 具体步骤如下： (1)利用 π定理整合点荷载实验岩样加载破坏过程中与岩石弹性模量有关的影响因子， 其中影响因子包括岩石弹性模量E、 泊松比v、 岩样破坏面面积S、 岩样破坏荷载P、 岩石单轴 抗压强度UCS、 岩样密度ρ 、 重力加速度g和尺 寸修正系数F， 并结合量纲和谐原理得到与岩石 弹性模量相关的模糊函数， 即 式中， E为岩 石弹性模 量， GPa； S为岩样破坏面面积， m2； P为岩样破坏荷载， kN； UCS为岩 石 单轴抗压强度， MPa； ρ 为岩 样密度， kg/m3； g为重力加速度， m/s2； F为尺寸 修正系数， 量纲为1； (2)以岩样破坏面宽度w、 岩样破坏荷载P、 破坏面高度d和弹性模量E为基本变量， 其他 影响因子赋予定值， 采用数值模拟软件， 依次增加基本变量即弹性模量E、 破坏面高度d、 岩 样破坏荷载P和岩样破坏面宽度w的取值， 以改变数值模型的尺寸和加载条件来模拟不同工 况条件下的岩样点荷载实验， 计算出步骤(1)模糊函数中无量纲表达式ES /P、 和F的值； (3)以无量纲表达式ES/P和 分别为无量纲图表的横轴或纵轴， 根据步骤 (2)无量纲 表达式ES/P、 的值， 绘制特定F值对应下的无量纲图表； (4)待估测岩样的点荷载实验， 根据已知的岩样破坏面面积S、 岩样破坏荷载P、 岩石单 轴抗压强度UCS、 岩样密度ρ、 重力加速度g和尺寸修正系数F计算出无量纲表达式 的值， 再根据步骤(3)特定F值对应下的无量纲图表查询无量纲表达式ES/P的 值， 并根据实际岩 样破坏面 面积S和岩 样破坏荷载P， 估算出岩石弹性模量E 。 2.根据权利要求1所述图表法估算岩石弹性模量的方法， 其特征在于： 步骤(2)数值模 拟软件为有限元开源软件Opense es。 3.根据权利要求2所述图表法估算岩石弹性模量的方法， 其特征在于： 数值模拟软件的 具体模拟计算方法为 1)利用Python中的循环语句改变有限元开源软件Opensees的数值模型尺寸即依次增 加基本变量即弹性模量E、 破坏面高度d、 岩 样破坏荷载P和岩 样破坏面宽度w的取值； 2)利用Python调用Op ensees， 通过加载数值模型并赋予点荷 载实验的边界条件后进行 数值计算计算模糊函数 中无量纲表达式ES/P、 和F 的取值； 3)将数值计算结果即无量纲表达式ES/P、 和F的取值存储至后缀为.out 的文件中， 并将数据存 储文件返回至Pytho n。 4.根据权利要求3所述图表法估算岩石弹性模量的方法， 其特征在于： 步骤(3)特定F值 对应下的无量纲图表的绘制方法为利用Pytho n中的Matpl otlib模块自动绘制。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115493936 A 2一种图表法估算岩石弹性模量的方 法 技术领域 [0001]本发明涉及一种图表法估算岩石弹性模量的方法， 属于岩石力学技 术领域。 背景技术 [0002]岩石弹性模量是岩石工程领域极为重要的力学参数之一， 也是数值计算中必不可 少的力学参数之一， 其对于评估岩层压力、 层 间裂隙发育程度及岩石稳固性等具有重要的 参考意义。 目前关于岩石弹性模量的估算， 大致可分为静态法和 动态法两种实验方法， 前者 通过岩石轴向加载实验测量岩石的应力和应变， 然后结合胡 克定理及岩石强度准则等估算 岩石弹性模量； 后者通过岩石声波实验测量岩石内部纵向和横向的波速， 然后结合弹性波 理论估算岩石弹性模量。 然而， 实际工程中岩石弹性模量的影响因子众多， 且实体工程所涉 区域较大， 使得室内实验因局限于某一理论的特定参数和岩样数量， 导致岩石弹性模量的 估算值与实际值偏差较大。 发明内容 [0003]本发明针对岩石弹性模量难度大， 其估算值与实际值偏差较大的问题， 提出了一 种图表法估算岩石弹性模量的方法， 本发明利用 π定理整合点荷载实验中岩石弹性模量的 影响因子， 得到关于岩石弹性模量的模糊函数关系； 随后利用数值模拟的方法模拟大量岩 样的点荷载实验， 将数值计算结果代入前述模糊函数关系， 得到可估算岩石弹性模量的无 量纲图表； 在利用点荷载实验测定岩石单轴抗压强度时， 可同步估算岩石弹性模量。 [0004]一种图表法估算岩石弹性模量的方法， 具体步骤如下： [0005](1)根据点荷载实验和弹性力学分析， 得到点荷载实验岩样加载破坏过程中与岩 石弹性模量有关的影响因子； 利用 π定理整合点荷载实验岩样加载破坏过程中与岩石弹性 模量有关的影响因子， 其中影响因子包括岩石弹性模量E、 泊松比v、 岩样破坏面面积S、 岩样 破坏荷载P、 岩石单轴抗压强度UCS、 岩样密度ρ 、 重力加速度g和尺 寸修正系数F， 并结合量纲 和谐原理得到与岩石弹性模量相关的模糊函数， 即 [0006] [0007]式中， E为岩石弹性模量， GPa； S为岩样破坏面面积， m2； P为岩样破坏荷载， kN； UCS 为岩石单轴抗压强度， MPa； ρ 为岩样密度， kg/m3； g为重力加速度， m/s2； F为尺寸修正系数， 量 纲为1； 由于岩石泊松比v为量纲为1的参数， 一般而言， 参数v的取值变化范围不大， 在利用 图表法估算岩石弹性模量时， 将 岩石泊松比设为定值， 此时模糊函数中可不 考虑参数v； [0008](2)以岩样破坏面宽度w、 岩样破坏荷载P、 破坏面高度d和弹性模量E为基本变量， 其他影响因子赋予定值， 采用数值模拟软件， 依次增加基本变量即弹性模量E、 破坏面高度 d、 岩样破坏荷载P和岩样破坏面宽度w的取值， 以改变数值模型的尺寸和加载条件来模拟不 同工况条件下的岩样点荷载实验， 计算出步骤(1)模糊函数中无量纲表达式ES/P、说　明　书 1/6 页 3 CN 115493936 A 3