基于数控岩石压痕试验装置的岩石力学参数反演研究.pdf

第 42 卷 第 8 期 岩石力学与工程学报 Vol.42 No.8 2023 年 8 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug. ，2023 基于数控岩石压痕试验装置的岩石力学 参数反演研究 李一鸣1 1 2 3 ，赵高峰 ，赵晓豹 ，李海波 (1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072 ；2. 南京大学 地球科学与工程学院，江苏 南京 210093 ； 3. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点室验室，湖北 武汉 430071) 摘要：为获取岩石力学参数分布，研制一种基于数控三维平台的岩石压痕试验装置，并提出基于该装置的参数获 取方法。通过结合不同岩性压痕试验及精细化三维数值仿真，同时考虑试验流程及机架刚度的影响，推导出该试 验机的荷载–位移曲线修正公式。针对该试验装置，通过大量数值仿真及参数敏感性分析，对经典 Oliver-Pharr 公式进行改进，实现岩石弹性参数的准确获取。结果表明，采用经典 Oliver-Pharr 公式预测的岩石弹性模量与试 验测量结果相差较大，而通过 Oliver-Pharr 改进公式预测的 3 种岩石弹性模量精度更高，相对误差分别为 5.83%(花 岗岩) 、5.14%(大理岩)及 10.79%(砂岩) 。通过分别建立黏聚力与压痕试验曲线塑性区域面积(S)及卸载刚度与加载 段割线刚度差值(Kp) 间的换算关系，实现基于压痕试验获取岩石塑性参数的方法。通过与试验测量结果对比，发 现基于 M-C 模型的刚度差值反演公式预测的黏聚力与试验结果更为接近，相对误差分别为 17.81%(大理岩)及 21.93%(砂岩) 。此外，对该装置在岩石空间参数场的获取、岩石损伤等方面进行讨论。研究成果提供了一种获取 岩石力学参数场的便捷方法，有望为岩石精准化数值仿真的参数选取提供支持。 关键词：岩石力学；压痕试验；数值模拟；参数反演；数控平台 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000 –6915(2023)08 –1973 –15 Study on back analysis of rock mechanical parameters based on the digital