專利名稱：一種深埋硬巖力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律與取值的測(cè)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及深埋硬巖力學(xué)研究技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種深埋硬巖力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律與取值的測(cè)定方法。
背景技術(shù)：
深埋硬巖地下洞室在開(kāi)挖加卸載過(guò)程中，在圍巖一定深度范圍內(nèi)易形成開(kāi)挖損傷區(qū)(excavation damaged zone,簡(jiǎn)稱EDZ)。這種洞室EDZ的形成是爆破開(kāi)挖震動(dòng)且稱合地應(yīng)力的強(qiáng)烈釋放的共同作用所導(dǎo)致。在EDZ內(nèi)部的巖體中，原生節(jié)理裂隙逐步擴(kuò)展，新裂隙不斷產(chǎn)生，導(dǎo)致巖體力學(xué)行為發(fā)生明顯變化，同時(shí)伴隨著EDZ內(nèi)部圍巖承載能力隨巖體損傷的增加而降低。在這一過(guò)程中，EDZ內(nèi)部的巖石力學(xué)參數(shù)如變形參數(shù)和強(qiáng)度參數(shù)也相應(yīng)發(fā)生改變，如何測(cè)定和評(píng)估巖石力學(xué)參數(shù)的這一變化過(guò)程與規(guī)律，并獲得相應(yīng)的力學(xué)參數(shù)取值是目前尚未有效解決的技術(shù)難題。另外，巖石力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律與取值對(duì)深埋硬巖地下洞室圍巖穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)工作具有重要意義，可以輔助進(jìn)行深埋地下工程優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)際上，硬巖在加卸載試驗(yàn)過(guò)程中，由于巖石內(nèi)部裂紋的張開(kāi)、擴(kuò)展、聚核或新裂縫的產(chǎn)生等會(huì)形成一定的不可恢復(fù)變形，即產(chǎn)生了塑性變形。伴隨著塑性變形的產(chǎn)生，巖石損傷逐漸增加，巖石的力學(xué)參數(shù)逐步發(fā)生變化。這一過(guò)程可以通過(guò)巖石循環(huán)加卸載試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定。在巖石加卸載過(guò)程中形成的變形分為可恢復(fù)的彈性變形和不可恢復(fù)的塑性變形，其中的彈性變形可以在卸載完成后恢復(fù)，而塑性變形由于不可恢復(fù)，在多次的循環(huán)加卸載過(guò)程中會(huì)逐步累積。塑性變形的這一累積過(guò)程可以通過(guò)在一個(gè)巖樣上進(jìn)行循環(huán)加卸載測(cè)試并記錄下來(lái)。但如何利用循環(huán)加卸載試驗(yàn)來(lái)獲得深埋硬巖地下洞室圍巖損傷區(qū)巖石力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律與取值，是急需解決的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是要提供一種深埋硬巖力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律與取值的測(cè)定方法，該方法利用循環(huán)加卸載試驗(yàn)來(lái)獲得深埋硬巖地下洞室圍巖損傷區(qū)巖石力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律與取值，為提高深埋地下洞室穩(wěn)定性和支護(hù)設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了技術(shù)支撐。為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的深埋硬巖力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律與取值的測(cè)定方法，它包括如下步驟步驟1:在現(xiàn)場(chǎng)鉆取深埋硬巖巖芯，并將硬巖巖芯加工成圓柱形巖樣；步驟2 :對(duì)上述圓柱形巖樣進(jìn)行三軸加載測(cè)試，并設(shè)定三軸加載測(cè)試中的圍壓預(yù)定值，從而獲得圓柱形巖樣在不同圍壓預(yù)定值時(shí)的峰值強(qiáng)度；步驟301，將步驟I得到的圓柱形巖樣安裝在伺服控制巖石剛性試驗(yàn)機(jī)上，在該圓柱形巖樣上安裝軸向位移傳感器和環(huán)向位移傳感器，并能保證實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)；步驟302，控制伺服控制巖石剛性試驗(yàn)機(jī)，對(duì)圓柱形巖樣進(jìn)行軸向應(yīng)力全過(guò)程循環(huán)加卸載測(cè)試，測(cè)試中在到達(dá)巖樣峰值強(qiáng)度之前，伺服控制巖石剛性試驗(yàn)機(jī)的加載階段按位移控制模式控制，卸載階段采用軸向應(yīng)力控制，當(dāng)圓柱形巖樣的軸向應(yīng)力大于等于圓柱形巖樣峰值強(qiáng)度的80、0%時(shí)，卸載階段采用位移控制，加載階段也采用位移控制；步驟303，設(shè)定上述軸向應(yīng)力全過(guò)程循環(huán)加卸載測(cè)試的循環(huán)次數(shù)和方式，其中軸向應(yīng)力全過(guò)程循環(huán)加卸載試驗(yàn)的循環(huán)次數(shù)為15 20次，每次卸載時(shí)，軸向偏應(yīng)力卸載至
0.1MPa，然后開(kāi)始加載，確保試驗(yàn)過(guò)程的連續(xù)性和完整性；步驟304，施加圍壓至某一預(yù)定值，保持圍壓不變，對(duì)圓柱形巖樣進(jìn)行軸向應(yīng)力全過(guò)程循環(huán)加卸載測(cè)試，其中在圓柱形巖樣峰前峰值強(qiáng)度的30%、40%、50%、60%和70%各進(jìn)行一次循環(huán)加卸載，峰值強(qiáng)度的80%、85%、90%、95%和100%各進(jìn)行一次循環(huán)加卸載，圓柱形巖樣峰值的峰后下降段進(jìn)行4飛次循環(huán)加卸載，圓柱形巖樣峰值的峰后殘余強(qiáng)度段進(jìn)行3 4次循環(huán)加卸載，記錄下圍壓、每個(gè)加卸載循環(huán)最大軸向應(yīng)力、軸向位移和側(cè)向位移參數(shù)；步驟401，根據(jù)彈性模量
權(quán)利要求
1.一種深埋硬巖力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律與取值的測(cè)定方法，其特征在于，它包括如下步驟: 步驟1:在現(xiàn)場(chǎng)鉆取深埋硬巖巖芯，并將硬巖巖芯加工成圓柱形巖樣； 步驟2:對(duì)上述圓柱形巖樣進(jìn)行三軸加載測(cè)試，并設(shè)定三軸加載測(cè)試中的圍壓預(yù)定值，從而獲得圓柱形巖樣在不同圍壓預(yù)定值時(shí)的峰值強(qiáng)度； 步驟301，將步驟I得到的圓柱形巖樣安裝在伺服控制巖石剛性試驗(yàn)機(jī)上，在該圓柱形巖樣上安裝軸向位移傳感器和環(huán)向位移傳感器，并能保證實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)； 步驟302，控制伺服控制巖石剛性試驗(yàn)機(jī)，對(duì)圓柱形巖樣進(jìn)行軸向應(yīng)力全過(guò)程循環(huán)加卸載測(cè)試，測(cè)試中在到達(dá)巖樣峰值強(qiáng)度之前，伺服控制巖石剛性試驗(yàn)機(jī)的加載階段按位移控制模式控制，卸載階段采用軸向應(yīng)力控制，當(dāng)圓柱形巖樣的軸向應(yīng)力大于等于圓柱形巖樣峰值強(qiáng)度的80、0%時(shí)，卸載階段采用位移控制，加載階段也采用位移控制； 步驟303，設(shè)定上述軸向應(yīng)·力全過(guò)程循環(huán)加卸載測(cè)試的循環(huán)次數(shù)和方式，其中軸向應(yīng)力全過(guò)程循環(huán)加卸載試驗(yàn)的循環(huán)次數(shù)為15 20次，每次卸載時(shí)，軸向偏應(yīng)力卸載至0.1MPa，然后開(kāi)始加載，確保試驗(yàn)過(guò)程的連續(xù)性和完整性； 步驟304，施加圍壓至某一預(yù)定值，保持圍壓不變，對(duì)圓柱形巖樣進(jìn)行軸向應(yīng)力全過(guò)程循環(huán)加卸載測(cè)試，其中在圓柱形巖樣峰前峰值強(qiáng)度的30%、40%、50%、60%和70%各進(jìn)行一次循環(huán)加卸載，峰值強(qiáng)度的80%、85%、90%、95%和100%各進(jìn)行一次循環(huán)加卸載，圓柱形巖樣峰值的峰后下降段進(jìn)行4飛次循環(huán)加卸載，圓柱形巖樣峰值的峰后殘余強(qiáng)度段進(jìn)行3 4次循環(huán)加卸載，記錄下圍壓、每個(gè)加卸載循環(huán)最大軸向應(yīng)力、軸向位移和側(cè)向位移參數(shù)； 步驟401,根據(jù)彈性模量
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深埋硬巖力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律與取值的測(cè)定方法，其特征在于:所述步驟302中，測(cè)試中在到達(dá)巖樣峰值強(qiáng)度之前，伺服控制巖石剛性試驗(yàn)機(jī)的加載階段按位移控制模式控制，其加載的位移速率為0.0Olmm/s，卸載階段采用軸向應(yīng)力控制，卸載應(yīng)力速率為0.1MPa/s ;當(dāng)圓柱形巖樣的軸向應(yīng)力大于等于圓柱形巖樣峰值強(qiáng)度的8(Γ90%時(shí)，卸載階段采用位移控制，卸載速率為0.0lmm/s，加載階段也采用位移控制，加載速率為0.0lmm/s
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深埋硬巖力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律與取值的測(cè)定方法，其特征在于:所述步驟304中，施加圍壓的預(yù)定值范圍為5MPa 40MPa。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深埋硬巖力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律與取值的測(cè)定方法，其特征在于:所述步驟I中，將鉆取的深埋硬巖巖芯加工成直徑和高度比為1:2的圓柱形巖樣。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深埋硬巖力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律與取值的測(cè)定方法，其特征在于:所述圓柱形巖樣的直徑為50 mm、高度為100mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深埋硬巖力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律與取值的測(cè)定方法，其特征在于:所述步驟2包括如下步驟: 步驟2.1，在進(jìn)行軸向應(yīng)力全過(guò)程循環(huán)加卸載試驗(yàn)之前，根據(jù)實(shí)測(cè)或反演獲得的工程區(qū)域地應(yīng)力量值，設(shè)計(jì)至少4種圍壓預(yù)定值，每種圍壓所需巖樣為3飛個(gè)，便于利用摩爾-庫(kù)倫屈服準(zhǔn)則獲得圓柱形巖樣的粘聚力和內(nèi)摩擦角等強(qiáng)度參數(shù)； 步驟2.2，根據(jù)設(shè)定的圍壓，進(jìn)行不同圍壓下圓柱形巖樣的常規(guī)三軸加載試驗(yàn)，獲的圓柱形巖樣在不同圍壓預(yù)定值時(shí)的峰值強(qiáng)度，以便確定軸向應(yīng)力全過(guò)程循環(huán)加卸載測(cè)試時(shí)每次卸載開(kāi)始時(shí)的軸向應(yīng)力量值。
全文摘要
本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種深埋硬巖力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律與取值的測(cè)定方法。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種深埋硬巖力學(xué)參數(shù)變化規(guī)律與取值的測(cè)定方法，該測(cè)定方法采用有圍壓情況下軸向應(yīng)力全過(guò)程循環(huán)加卸載試驗(yàn)來(lái)完成，主要用于解決深埋硬巖地下洞室圍巖損傷區(qū)巖石力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律與取值的測(cè)定技術(shù)問(wèn)題，能有效獲得的開(kāi)挖損傷區(qū)巖石力學(xué)參數(shù)的變化規(guī)律，并測(cè)得巖石力學(xué)參數(shù)在不同變化階段的量值。
文檔編號(hào)G01N3/32GK103076245SQ20121058384
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者黃書(shū)嶺, 丁秀麗, 鄔愛(ài)清, 段海波, 呂全綱, 熊詩(shī)湖 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江水利委員會(huì)長(zhǎng)江科學(xué)院