一种三维岩石强度理论的参数估值方法、系统、介质和设备

本技术涉及借助于测定材料的化学或物理性质来测试或分析材料，特别涉及一种三维岩石强度理论的参数估值方法、系统、介质和设备。

背景技术：

1、岩石强度理论分为二维和三维两种，其中二维强度理论不能考虑中间主应力的影响，在实际应用时容易造成对岩石真三轴强度的预测偏低。然而，三维岩石强度理论的参数确定难度要远大于二维岩石强度理论。对于三维岩石强度理论参数目前最为准确的计算方法为网格搜索程序，该方法以岩石的真三轴强度数据为基础，假定每个参数的取值范围，设置一定的取值间隔（间隔越小，计算精度越高），遍历网格每个参数组合计算强度理论预测值与实验值之间的偏差，最小偏差所对应的参数组合即为最优参数。由于很多三维强度理论是从二维强度理论扩展而来（使用的参数相同），因此也常基于对通过侧限压缩试验中第一种应力路径得到的岩石常规三轴强度数据进行拟合得到二维强度理论的强度参数，并将其应用于三维强度理论。

2、第一种三维强度理论的参数确定方法存在缺点如下：（1）岩石真三轴强度的获取需要专业的真三轴实验机，而这种实验机造价高，无法大量普及；（2）样品大多采用长方体试件，实验对样品加工时端面的平整度，相对两面的不平行度要求很高，否则难以得到可靠的强度数据；（3）实验需要覆盖的应力组合多，否则得到的参数只对所覆盖的局部应力状态具有较好的预测效果，因此需要的实验周期很长，总体花费很高；（4）网格搜索程序需要专业的编程软件实现，对岩石工程从业人员的专业门槛要求高。

3、第二种为三维岩石强度理论的参数估算方法，该方法只需要常规岩石力学实验机；样品采用常规圆柱体岩石样品，加工容易；且实验数量较少，实验周期短，花费也低；对数据的拟合分析通过常用的办公软件excel可以实现。但存在缺点为：获取的参数可能与第一种方法存在较大偏差。

4、因此，如何在不增加对实验机和样品加工难度的前提下提高参数估值精度，使其达到网格搜索程序方法相当的精度水平，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本技术的目的在于提供一种三维岩石强度理论的参数估值方法、系统、介质和设备，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。

2、为了实现上述目的，本技术提供如下技术方案：

3、本技术提供了一种三维岩石强度理论的参数估值方法，包括：

4、开展侧限压缩实验和侧限拉伸实验，分别获取不同应力状态下两种实验的实验数据；

5、根据实验数据中岩石强度与围压之间的不同相关关系，选择合适的岩石三维强度理论；并将选定的岩石三维强度理论的表达式退化到两种边界应力状态下；其中，所述两种边界应力状态包括第一应力状态和第二应力状态，所述第一应力状态对应于侧限压缩实验的应力状态，所述第二应力状态对应于侧限拉伸实验的应力状态；

6、根据岩石三维强度理论在两种边界应力状态下的退化形式，判断同一最小主应力下所选的三维岩石强度理论在两种边界应力状态下预测的岩石强度之间的大小关系；

7、若所预测的岩石强度之间的大小关系与两种实验得到的岩石强度值大小关系相符，则选用侧限拉伸实验数据对所选定的三维岩石强度理论进行参数估算，若所预测的岩石强度之间的大小关系与两种实验得到的岩石强度值大小关系不相符，选用侧限压缩实验数据对所选定的三维岩石强度理论进行参数估算。

8、在一个可能的实施方式中，所述方法还进一步包括：根据选定的实验数据及相应的岩石三维强度理论退化形式进行参数拟合，进而得到参数估值结果。

9、在一个可能的实施方式中，根据实验数据中岩石强度与围压之间的不同相关关系，选择合适的岩石三维强度理论，具体为：

10、若实验数据中岩石强度与围压之间存在强线性关系，则选择采用可以在第一应力状态下退化为线性方程的三维强度准则，若实验数据中岩石强度与围压之间为非线性关系，则选择采用可以在第一应力状态下退化为非线性方程的三维强度准则；

11、其中，线性方程包含但不限于摩尔-库伦强度方程，非线性方程包含但不限于胡克-布朗强度方程。

12、在一个可能的实施方式中，所述第一应力状态为中间主应力和最小主应力相等的状态，所述第二应力状态为中间主应力和最大主应力相等的状态。

13、在一个可能的实施方式中，在开展侧限压缩实验和侧限拉伸实验之前，还包括：确定常规三轴岩石力学实验围压及样品加工的步骤，具体如下：

14、根据实际问题中岩石所处的应力环境确定实验时采取的围压上限；

15、在0至围压上限之间采用等间距方法初步确定多个围压水平，并加工两倍于围压水平数量的圆柱体岩石样品，用于开展侧限压缩实验和侧限拉伸实验。

16、在一个可能的实施方式中，所述侧限压缩实验包含两种应力路径：第一种为先将样品以静水压力加载到预设水平，保持围压不变，增加轴压使样品破坏，第二种为先将样品以静水压力加载到预设水平，保持轴压不变，降低围压使样品破坏；

17、所述侧限拉伸实验同样包含两种应力路径：第一种为先将样品以静水压力加载到预设水平，保持围压不变，降低轴压使样品破坏，第二种为先将样品以静水压力加载到预设水平，保持轴压不变，增加围压使样品破坏；

18、对应地，在开展侧限压缩实验和侧限拉伸实验，分别获取不同应力状态下两种实验的实验数据之后，还包括：

19、若两种实验的应力水平不对应，根据实验数据的线性或非线性相关性采用插值法判断两种实验的岩石强度大小关系。

20、本技术实施例还提供一种三维岩石强度理论的参数估值系统，包括：

21、数据获取模块，配置为开展侧限压缩实验和侧限拉伸实验，分别获取不同应力状态下两种实验的实验数据；

22、理论选择模块，配置为根据实验数据中岩石强度与围压之间的不同相关关系，选择合适的岩石三维强度理论；并将选定的岩石三维强度理论的表达式退化到两种边界应力状态下；其中，所述两种边界应力状态包括第一应力状态和第二应力状态，所述第一应力状态对应于侧限压缩实验的应力状态，所述第二应力状态对应于侧限拉伸实验的应力状态；

23、判断模块，配置为根据岩石三维强度理论在两种边界应力状态下的退化形式，判断同一最小主应力下所选的三维岩石强度理论在两种边界应力状态下预测的岩石强度之间的大小关系；

24、数据选用模块，配置为若所预测的岩石强度之间的大小关系与两种实验得到的岩石强度值大小关系相符，则选用侧限拉伸实验数据对所选定的三维岩石强度理论进行参数估算，若所预测的岩石强度之间的大小关系与两种实验得到的岩石强度值大小关系不相符，选用侧限压缩实验数据对所选定的三维岩石强度理论进行参数估算。

25、本技术实施例还提供一种电子设备，包括：存储器，用于存储由所述电子设备的一个或多个处理器执行的指令；处理器，当所述处理器执行所述存储器中的所述指令时，可使得所述电子设备执行上述任一实施例提供的参数估值方法。

26、本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，该指令在计算机上执行时使得计算机执行上述任一实施例提供的参数估值方法。

27、本技术的技术方案具有如下有益效果：

28、在三维岩石强度理论的参数估算中，先依据侧限压缩实验、侧限拉伸实验得到的岩石强度确定实验数据之间的相关关系，基于该相关关系选定岩石三维强度理论，然后将三维强度理论退化到二维形式，再利用两种退化形式进行初步预测，对应得到两种边界应力状态下预测的岩石强度，接着根据计算得到的两个岩石强度之间大小关系，判断是否与侧限压缩实验、侧限拉伸实验得到的岩石强度之间的大小关系相符，根据判断结果选择侧限压缩实验或侧限拉伸实验的实验数据展开三维参数估算。该方法降低了岩石强度实验设备和样品加工精度的要求，避免了对专业编程软件的依赖，只需增加较少的实验数量、使用常规的excel软件进行数据处理即可得到可靠的参数估算结果，且估算结果的精度与采用复杂的网格搜索确定的参数精度相当，为三维岩石强度理论的参数估算提供了一种高效、经济且可靠的方案，对于工程实践中的快速评估和决策具有重要意义。