一種測定破裂后巖石三軸流變特性的加載路徑方法
【專利摘要】一種測定破裂后巖石三軸流變特性的加載路徑方法，屬于破裂巖體流變特性的試驗(yàn)過程。主要包括：對試驗(yàn)工程巖體對象進(jìn)行取樣；將取樣得到的巖體制成圓柱形試樣；使巖樣上、下剛性加載端部與試驗(yàn)機(jī)壓頭緊密接觸；對圓柱形試樣先施加靜水壓力狀態(tài)；使試樣加載至峰值強(qiáng)度后到達(dá)控制點(diǎn)，形成破裂巖石試樣；采用位移加載的加載方式將圍壓加載至流變試驗(yàn)設(shè)定值，而后采用循環(huán)加卸載試驗(yàn)方法對破裂后巖石試樣進(jìn)行固定圍壓下的流變試驗(yàn)，逐級增大軸向偏應(yīng)力，同時(shí)重復(fù)流變試驗(yàn)加卸載步驟直至試樣破壞。通過該試驗(yàn)方法，可以探討巖石破裂后的流變力學(xué)特性，獲取破裂后巖石的流變強(qiáng)度和變形特征，為深部地下工程破裂圍巖體的加固問題提供相應(yīng)的技術(shù)措施。
【專利說明】一種測定破裂后巖石三軸流變特性的加載路徑方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種破裂巖體流變特性的試驗(yàn)過程，特別是一種測定破裂后巖石三軸流變特性的加載路徑方法。
【背景技術(shù)】
[0002]巖石工程中，巖體多處于三向應(yīng)力狀態(tài),大量工程實(shí)踐表明，巖石工程的失穩(wěn)破壞并不是瞬時(shí)發(fā)生的，而是隨時(shí)間推移而發(fā)展，直至發(fā)生失穩(wěn)破壞，因而研究巖石在三向應(yīng)力狀態(tài)下的流變特性，對巖石工程的變形和穩(wěn)定控制具有重要意義。目前關(guān)于巖石流變特性的研究，多是針對完整巖樣來進(jìn)行的，然而，巖石工程中巖體并非完整巖塊，巖體中存在大量斷層、軟弱夾層、節(jié)理等結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面的存在顯著影響巖石力學(xué)性質(zhì)。
[0003]考慮結(jié)構(gòu)面的影響，2000年丁秀麗等以三峽工程船閘區(qū)硬性結(jié)構(gòu)面為研究對象，采用分級加載的方式，研究了其剪切蠕變特性；2009年朱珍德等對錦屏二級水電站含軟弱夾層巖石進(jìn)行了剪切流變試驗(yàn)研究，獲得了巖石的長期強(qiáng)度參數(shù)；2009年劉學(xué)增等考慮風(fēng)化對巖石力學(xué)參數(shù)的影響，對深圳蓮鹽高速公路凝灰熔巖進(jìn)行了雙軸剪切流變試驗(yàn)，討論了不同圍巖等級凝灰熔巖的剪切流變規(guī)律；2010年張治亮等對含弱面砂巖進(jìn)行剪切蠕變試驗(yàn)，分析了含弱面砂巖的剪切蠕變力學(xué)特性及破裂機(jī)制。上述關(guān)于破裂巖石流變特性的研究成果，都是基于天然破裂巖石的流變試驗(yàn)而得出的，由于取自工程現(xiàn)場的破裂巖石往往取樣困難，難以獲得試驗(yàn)所需的試樣，同時(shí)試樣的破裂程度無法控制，由此無法得出破裂巖石流變特性隨破裂程度的變化規(guī)律，此外，前人關(guān)于破裂巖體流變力學(xué)性能的研究主要是基于剪切流變試驗(yàn)，而采用三軸壓縮流變試驗(yàn)進(jìn)行研究的較少。
[0004]隨著淺部資源的逐步減少和枯竭，地下開采的深度越來越大，目前我國已有大批礦井進(jìn)入千米以下開采深度。隨著開采深度的增加，深部巖體工程所面臨的地質(zhì)環(huán)境趨于復(fù)雜，工程巖體似斷非斷，似連非連，呈現(xiàn)出斷續(xù)結(jié)構(gòu)特征。以此，深部地下工程巖體的流變特征與影響機(jī)制與完整巖體或常規(guī)三軸壓縮以及卸圍壓路徑下巖體的強(qiáng)度特征相比，有著本質(zhì)的區(qū)別，所以，針對深部高應(yīng)力狀態(tài)下的破裂巖體，如何研究破裂巖體的流變特性從而獲得巖體的破裂度與巖體流變特性之間的客觀規(guī)律，是深部巖體力學(xué)特性研究的重要課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提出一種加載方法簡便易行，模擬效果好的測定破裂后巖石三軸流變特性的加載路徑方法。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明測定破裂后巖石三軸流變特性的加載路徑方法，包括如下步驟:
[0007]a.首先對完整的工程巖體進(jìn)行取樣，將取樣得到的巖體制成圓柱體試樣；
[0008]b.將制成的圓柱形試樣置于伺服試驗(yàn)機(jī)的三軸密閉壓力缸內(nèi)，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)壓頭，使試驗(yàn)機(jī)壓頭與巖樣上、下端部緊密接觸；[0009]c.通過伺服試驗(yàn)機(jī)對圓柱形試樣施加靜水壓力，使試樣的初始圍壓σ31加載至4 ?6MPa ；
[0010]d.按照位移加載模式對圓柱形試樣施加軸向壓力，使圓柱形試樣加載的軸向應(yīng)力應(yīng)變曲線經(jīng)峰值σ f到達(dá)控制點(diǎn)a點(diǎn)，形成破裂后巖石試樣；
[0011]e.增大破裂后巖石試樣的圍壓值，使試樣最終圍壓σ 32加載至破裂后巖石流變試驗(yàn)設(shè)定值，保持最終圍壓σ 32不變；
[0012]f.為了防止試樣在流變試驗(yàn)加載過程中發(fā)生脆性破壞，試驗(yàn)按照位移加載模式對試樣施加軸向壓力至設(shè)定值σ η，保持軸向壓力不變直至試樣的流變變形穩(wěn)定后，卸除試樣軸壓至靜水壓力狀態(tài)，持續(xù)卸載至試樣變形穩(wěn)定；
[0013]g.按照位移加載模式對試樣重新加載至下一級應(yīng)力σ12，對破裂后的試樣進(jìn)行下一級偏應(yīng)力水平下的加卸載流變試驗(yàn)，重復(fù)加卸載流變試驗(yàn)步驟直至試樣破壞；
[0014]h.流變試驗(yàn)中軸向偏應(yīng)力σ 1η與最終圍壓之和σ 32即為所測工程巖體的破裂后巖石的軸向流變應(yīng)力。P
[0015]所述巖石試樣為標(biāo)準(zhǔn)試樣，符合國際標(biāo)準(zhǔn)；所述的靜水壓力的加載速率為0.5?IMPa/s ;所述的位移加載模式的加載速率為0.001?0.002mm/s ;步驟f與步驟g所述的循環(huán)加卸載流變試驗(yàn)，加載時(shí)間為120h，卸載時(shí)間為72h，軸向偏應(yīng)力水平級差約為5MPa。
[0016]有益效果:本發(fā)明適用于模擬深部破裂巖體的三軸流變特性的試驗(yàn)，采用上述加載路徑進(jìn)行巖石三軸流變特性試驗(yàn)，能獲得破裂后不同應(yīng)力水平下巖石的三軸流變曲線，以此進(jìn)行深部巖體流變模型的研究以及模型參數(shù)衰減規(guī)律的研究；針對深部破裂巖體的圍巖穩(wěn)定與安全問題，提出相應(yīng)的支護(hù)與加固措施，為解決深部巖體流變?yōu)暮σ约巴?yán)穩(wěn)定控制提供一種新的途徑。所獲得的試驗(yàn)結(jié)果有助于更加深刻的認(rèn)識深部高應(yīng)力下巖體的流變力學(xué)行為。該加載方法操作簡單，在本領(lǐng)域具有較好的實(shí)用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的測試試樣加載路徑示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1:圖1所示為本發(fā)明的測定破裂后巖石三軸流變特性的加載路徑方法，首先對需測試的工程巖體進(jìn)行取樣，將取樣得到的巖體制成圓柱形試樣，圓柱形試樣的尺寸符合國際標(biāo)準(zhǔn)；將制成圓柱形的試樣置于伺服試驗(yàn)機(jī)的三軸密閉壓力缸內(nèi)，先使試驗(yàn)機(jī)壓頭與巖樣上、下端部緊密接觸；通過伺服試驗(yàn)機(jī)采用應(yīng)力的加載模式對圓柱形試樣施加靜水壓力，試樣的初始圍壓σ 31加載至4?6MPa，加載速率為0.5?1.0MPa/s ;按照位移加載模式對試樣施加軸向壓力，使試樣加載的軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線經(jīng)峰值σ f到達(dá)試驗(yàn)控制點(diǎn)a點(diǎn),形成破裂巖石試樣；米用加載速率為0.5?1.0MPa/s的應(yīng)力加載模式對破裂后巖石試樣施加更大圍壓，使試樣最終圍壓σ32加載至流變試驗(yàn)設(shè)定值，一般為初始圍壓O31的2?10倍；保持最終圍壓σ 32不變，為了防止試樣在加卸載流變試驗(yàn)的加載過程中發(fā)生脆性破壞，試驗(yàn)按照位移加載模式對試樣施加軸向壓力至設(shè)定值σ η，至試樣的流變變形穩(wěn)定后，卸除試樣軸壓至靜水壓力狀態(tài)，持續(xù)卸載至試樣變形穩(wěn)定；采用加載速率為0.001?0.002mm/s的位移加載模式對破裂后巖石試樣施加軸向偏應(yīng)力至流變試驗(yàn)設(shè)定值σ η，σ η略大于40% σ f，保持試樣荷載狀態(tài)不變，持續(xù)120h，觀察試樣在該應(yīng)力水平下的流變現(xiàn)象；待試樣在該應(yīng)力水平下進(jìn)入穩(wěn)態(tài)流變階段后，將試樣荷載狀態(tài)卸載至靜水壓力狀態(tài)，使試樣進(jìn)入卸載流變階段，保持卸載應(yīng)力狀態(tài)，持續(xù)72h至試樣變形穩(wěn)定，而后進(jìn)入下一級應(yīng)力水平的加卸載流變試驗(yàn)，重復(fù)加卸載流變試驗(yàn)步驟直至試樣破壞，流變試驗(yàn)中軸向偏應(yīng)力σ In與最終圍壓之和σ32為所測工程巖體的破裂后巖石的軸向流變應(yīng)力O1，即所得的試驗(yàn)結(jié)果即為所測破裂巖體試樣在該應(yīng)力狀態(tài)下的流變特性。
【權(quán)利要求】
1.一種測定破裂后巖石三軸流變特性的加載路徑方法，其特征是:包括以下步驟: a.首先對完整的工程巖體進(jìn)行取樣，將取樣得到的巖體制成圓柱體試樣； b.將制成的圓柱形試樣置于伺服試驗(yàn)機(jī)的三軸密閉壓力缸內(nèi)，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)壓頭，使試驗(yàn)機(jī)壓頭與巖樣上、下端部緊密接觸； c.通過伺服試驗(yàn)機(jī)對圓柱形試樣施加靜水壓力，使試樣的初始圍壓σ31加載至4?6MPa ； d.按照位移加載模式對圓柱形試樣施加軸向壓力，使圓柱形試樣加載的軸向應(yīng)力應(yīng)變曲線經(jīng)峰值σ f到達(dá)試驗(yàn)控制點(diǎn)a點(diǎn)，形成破裂后巖石試樣； e.增大試樣圍壓值，使試樣最終圍壓σ32加載至破裂后巖石流變試驗(yàn)設(shè)定值，而后保持最終圍壓σ %不變； f.為了防止試樣在加卸載流變試驗(yàn)的加載過程中發(fā)生脆性破壞，試驗(yàn)按照位移加載模式對試樣施加軸向壓力至設(shè)定值σ η，至試樣的流變變形穩(wěn)定后，卸除試樣軸壓至靜水壓力狀態(tài)，持續(xù)卸載至試樣變形穩(wěn)定； g.按照位移加載模式對試樣重新加載至下一級應(yīng)力σ12，對破裂后的試樣進(jìn)行下一級的加卸載流變試驗(yàn)，重復(fù)流變試驗(yàn)加卸載步驟直至試樣破壞； h.流變試驗(yàn)中軸向偏應(yīng)力σ1η與最終圍壓之和σ32即為所測工程巖體的破裂后巖石的軸向流變應(yīng)力。10
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定破裂后巖石三軸流變特性的加載路徑方法，其特征在于:所述巖石試樣為標(biāo)準(zhǔn)試樣，符合國際標(biāo)準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定破裂后巖石三軸流變特性的加載路徑方法，其特征在于:所述的靜水壓力的加載速率為0.5?IMPa/s。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定破裂后巖石三軸流變特性的加載路徑方法，其特征在于:巖石流變試驗(yàn)最終圍壓σ 32為初始圍壓σ 31的2?10倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定破裂后巖石三軸流變特性的加載路徑方法，其特征在于:所述的位移加載模式的加載速率為0.001?0.002mm/so
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測定破裂后巖石三軸流變特性的加載路徑方法，其特征在于:步驟(f)?(g)所述的加卸載流變試驗(yàn)，加載時(shí)間為120h，卸載時(shí)間為72h，軸向偏應(yīng)力水平級差(σ 1η_ σ m))為5?lOMPa。
【文檔編號】G01N3/28GK103837418SQ201410100818
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】楊圣奇, 徐鵬 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)