本發(fā)明涉及巖樣現場試驗領域，尤其是一種現場檢測節(jié)理巖體抗壓強度和等效彈性模量的試驗方法。

背景技術：

自然界中的巖體是由眾多規(guī)模不一、產狀各異的軟弱夾層以及由這些軟弱夾層切割形成的形狀各異、塊度不等的巖塊共同組成的地質體。巖體的強度由巖石的強度和軟弱夾層的強度共同決定，故巖體在荷載作用下的變形也由巖塊的變形和軟弱夾層的變形共同組成。巖體應力和強度是分析判斷巖土工程穩(wěn)定性和采礦工程結構的基礎資料，因此，準確的測量巖體抗壓強度和等效彈性模量等力學性能顯得尤為重要。

然而，在自然界中，決定巖體力學性能的主要是有節(jié)理、斷層、層理等結構面，一般室內試驗由于室內條件良好、實驗裝置齊全、操作方便等常常被用來進行巖石力學特性的研究，但是室內試驗的巖樣由于體積小，另外也脫離了現場掩體的地質力學特性，故不能充分的反映巖體力學性能，所以有些情況下為了更加全面的反映巖體力學性能的全貌，需要進行現場的相關力學試驗。對于節(jié)理巖體，為了方便計算分析，巖石力學理論中提出了一種等效參數計算方法，通過對每個試樣或者每個試驗場地的每組節(jié)理平均間距的確定，根據測得的巖體en值(“等價”連續(xù)巖體的變形模量)和完整巖塊e值(彈性模量)，根據下式計算kn值(結構面的“法向剛度系數”)，再用這個kn值計算任意間距“等價”連續(xù)巖體的en，如圖1所示：

1/en＝1/e+1/(kn×s)(其中：s為相互平行的結構面的間距)

該等效方法中需要準確知道巖石和結構面的準確參數，這在現實中難度是很大的，特別是結構面參數的準確獲取。同時，在目前巖體力學現場試驗中沒有關于巖體抗壓強度的研究。因此，急需一種用于現場檢測節(jié)理巖體抗壓強度和等效彈性模量的試驗方法。

技術實現要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種現場檢測節(jié)理巖體抗壓強度和等效彈性模量的試驗方法，可以解決目前沒有現場檢測節(jié)理巖體抗壓強度和等效彈性模量方法的問題，可以準確的、方便的進行節(jié)理巖體抗壓強度的現場試驗，并通過相關計算得出該巖體的等效彈性模量。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種現場檢測節(jié)理巖體抗壓強度和等效彈性模量的試驗方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：節(jié)理巖體試樣的制備：選取側面臨空的節(jié)理巖體為采樣處，在采樣處表面標出節(jié)理巖體試樣的尺寸范圍及左側切槽、右側切槽和后側切槽的位置，先將巖體試樣的前側面臨空面切割平整，再分別進行左側切槽、右側切槽和底部切槽的切割，

完成底部切槽的切割后，將四個角上開設有螺紋孔的下墊板放入底部切槽，再進行后側切槽的切割，

得到節(jié)理巖體試樣；

步驟2：現場進行巖體抗壓強度試驗：在節(jié)理巖體試樣上安裝反力架，反力架與反力加壓裝置連接，通過反力加壓裝置對節(jié)理巖體試樣施加一個向下的壓力，在節(jié)理巖體試樣的一側面上布置兩組測量腳點組，每組測量腳點組由分別布置于節(jié)理巖體試樣側面上下部的腳點組成，測量腳點組分別位于節(jié)理巖體試樣側面兩側，安裝測量腳點組時保證上下對稱，左右對稱，測量腳點組安裝完成后，在每組測量腳點上安裝測壓裝置，

打開反力加壓裝置進行抗壓試驗，對節(jié)理巖體試樣施加一個向下的壓力p，分級加荷，每級荷載可取預估破壞荷載的l0％，并應在1～1.5min內均勻加完，然后恒載2min，加荷至預估破壞荷載的80％后，按原定加荷速度連續(xù)加荷，直至節(jié)理巖體試樣破壞，記錄逐級荷載下的變形值。記錄破壞荷載對應測壓裝置上的壓力表讀數f，則節(jié)理巖體試樣抗壓強度σc＝f/a，其中a為節(jié)理巖體試樣的承壓面面積；

步驟3：計算等效彈性模量：在進行步驟2的抗壓試驗前，測量兩組測量腳點組,的上下腳點之間的距離l1和l2，在進行抗壓強度試驗的過程中，記錄每級荷載作用下節(jié)理巖體試樣的變形量δl1和δl2，所述節(jié)理巖體試樣應變的計算公式為

ε＝(δl1/l1+δl2/l2)/2，

分別計算每級荷載對應的應變，繪制節(jié)理巖體試樣加載過程中壓力p和應變ε的關系曲線，取曲線上的直線段(一般取0.3σc～0.7σc)斜率作為節(jié)理巖體試樣的等效彈性模量：

e＝δσ/δε＝(0.7σc-0.3σc)/(ε0.7-ε0.3)

其中ε0.7為當應力為0.7σc時相對應的應變，ε0.3為當應力為0.3σc時對應的應變，

即完成節(jié)理巖體抗壓強度和等效彈性模量的現場檢測。

步驟1中，各切槽的切割順序為：

a、將節(jié)理巖體試樣的前側面臨空面切割平整，使其成為規(guī)則平面；

b、對節(jié)理巖體試樣的左右兩側進行切割，形成左側切槽和右側切槽；

c、對節(jié)理巖體試樣底部進行切割，形成底部切槽，然后將下墊板放入底部切槽，再調整下墊板與巖體試樣對其齊、墊平；

d、將節(jié)理巖體試樣的后側與原巖切開，形成后側切槽。

步驟2所安裝的反力架中，上蓋板放置于節(jié)理巖體試樣頂部上方，上蓋板和下墊板之間通過多根連接桿連接形成一個整體支架。

步驟2所安裝的反力加壓裝置中，節(jié)理巖體試樣頂面放置有加壓墊塊，小型液壓千斤頂放置于加壓墊塊的中心位置并與反力架的上蓋板相配合，小型液壓千斤頂通過液壓聯動裝置與液壓泵連接。

測壓裝置為安裝在百分表固定架上的百分表。

本發(fā)明提供的一種現場檢測節(jié)理巖體抗壓強度和等效彈性模量的試驗方法，可以解決目前沒有現場檢測節(jié)理巖體抗壓強度和等效彈性模量方法的問題，可以準確的、方便的進行節(jié)理巖體抗壓強度的現場試驗，并通過相關計算得出該巖體的等效彈性模量。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明：

圖1為本發(fā)明背景技術中用“等價”連續(xù)介質模型代替規(guī)則節(jié)理巖體圖；

圖2為節(jié)理巖體試樣加載過程中壓力p和應變ε的關系曲線圖

圖3為本發(fā)明巖體試樣與各切槽相對位置俯視圖；

圖4為本發(fā)明巖體試樣與各切槽相對位置正視圖；

圖5為本發(fā)明反力架的下墊板示意圖；

圖6為本發(fā)明反力架的示意圖；

圖7為本發(fā)明腳點組布置示意圖；

圖8為本發(fā)明反力架、反力加壓裝置及測壓裝置的示意圖；

具體實施方式

如圖2-圖8所示，一種現場檢測節(jié)理巖體抗壓強度和等效彈性模量的試驗方法，該方法包括以下步驟：

步驟1：節(jié)理巖體試樣1的制備：選取側面臨空的節(jié)理巖體為采樣處，在采樣處表面標出節(jié)理巖體試樣1的尺寸范圍及左側切槽3、右側切槽4和后側切槽5的位置，先將巖體試樣1的前側面臨空面2切割平整，再分別進行左側切槽3、右側切槽4和底部切槽7的切割，

完成底部切槽7的切割后，將四個角上開設有螺紋孔9的下墊板8放入底部切槽7，再進行后側切槽5的切割，

得到帶結構面6的節(jié)理巖體試樣1。

節(jié)理巖體試樣1的邊長一般取10～20厘米的正方形，其高度根據現場的節(jié)理巖體情況而定，一般取節(jié)理巖體試樣1邊長的2倍左右。

放入下墊板8前在其上鋪一層厚約1厘米的濕砂墊層16，以確保下墊板8與巖體試樣1底面接觸均勻、密實；

步驟2：現場進行巖體抗壓強度試驗：在節(jié)理巖體試樣1上安裝反力架，反力架與反力加壓裝置連接，通過反力加壓裝置對節(jié)理巖體試樣1施加一個向下的壓力，在節(jié)理巖體試樣1的一側面上布置兩組測量腳點組13，每組測量腳點組13由分別布置于節(jié)理巖體試樣1側面上下部的腳點組成，測量腳點組13分別位于節(jié)理巖體試樣1側面兩側，安裝測量腳點組13時保證上下對稱，左右對稱，測量腳點組13安裝完成后，在每組測量腳點上安裝測壓裝置，

打開反力加壓裝置進行抗壓試驗，對節(jié)理巖體試樣1施加一個向下的壓力p，分級加荷，每級荷載可取預估破壞荷載的l0％，并應在1～1.5min內均勻加完，然后恒載2min，加荷至預估破壞荷載的80％后，應按原定加荷速度連續(xù)加荷，直至節(jié)理巖體試樣1破壞，記錄逐級荷載下的變形值。記錄破壞荷載對應測壓裝置上的壓力表讀數f，則節(jié)理巖體試樣抗壓強度σc＝f/a，其中a為節(jié)理巖體試樣1的承壓面面積；

連接桿11為螺紋鋼筋桿。

液壓聯動裝置20為帶控制開關的輸油管道，當打開控制開關時，液壓聯動裝置將液壓專用油壓入千斤頂內，從而實現千斤頂的功能。

液壓聯動裝置20上安裝有液壓裝置百分表19。

巖體試樣1上放置加壓墊塊17前在其上表面鋪上一層厚約厘米的濕砂墊層16，以確保加壓墊塊17與巖體試樣1頂面接觸均勻、密實。

步驟3：計算等效彈性模量：在進行步驟2的抗壓試驗前，測量兩組測量腳點組13的上下腳點之間的距離l1和l2，在進行抗壓強度試驗的過程中，記錄每級荷載作用下節(jié)理巖體試樣1的變形量δl1和δl2，所述節(jié)理巖體試樣1應變的計算公式為

ε＝(δl1/l1+δl2/l2)/2，

分別計算每級荷載對應的應變，繪制節(jié)理巖體試樣加載過程中壓力p和應變ε的關系曲線，取曲線上的直線段(一般取0.3σc～0.7σc)斜率作為節(jié)理巖體試樣的等效彈性模量：

e＝δσ/δε＝(0.7σc-0.3σc)/(ε0.7-ε0.3)

其中ε0.7為當應力為0.7σc時相對應的應變，ε0.3為當應力為0.3σc時對應的應變，

即完成節(jié)理巖體抗壓強度和等效彈性模量的現場檢測。

步驟1中，各切槽的切割順序為：

a、將節(jié)理巖體試樣1的前側面臨空面2切割平整，使其成為規(guī)則平面；

b、對節(jié)理巖體試樣1的左右兩側進行切割，形成左側切槽3和右側切槽4；

c、對節(jié)理巖體試樣1底部進行切割，形成底部切槽7，然后將下墊板8放入底部切槽7，再調整下墊板與巖體試樣對其齊、墊平；

d、將節(jié)理巖體試樣1的后側與原巖切開，形成后側切槽5。

步驟2所安裝的反力架中，上蓋板10放置于節(jié)理巖體試樣1頂部上方，上蓋板10和下墊板8之間通過多根連接桿11連接形成一個整體支架，上蓋板10通過固定螺栓12與多根連接桿11連接。

步驟2所安裝的反力加壓裝置中，節(jié)理巖體試樣1頂面放置有加壓墊塊17，小型液壓千斤頂18放置于加壓墊塊17的中心位置并與反力架的上蓋板10相配合，小型液壓千斤頂18通過液壓聯動裝置20與液壓泵21連接。

測壓裝置為安裝在百分表固定架15上的百分表14。