CN103837418A - 一种测定破裂后岩石三轴流变特性的加载路径方法 - Google Patents

Abstract

一种测定破裂后岩石三轴流变特性的加载路径方法，属于破裂岩体流变特性的试验过程。主要包括：对试验工程岩体对象进行取样；将取样得到的岩体制成圆柱形试样；使岩样上、下刚性加载端部与试验机压头紧密接触；对圆柱形试样先施加静水压力状态；使试样加载至峰值强度后到达控制点，形成破裂岩石试样；采用位移加载的加载方式将围压加载至流变试验设定值，而后采用循环加卸载试验方法对破裂后岩石试样进行固定围压下的流变试验，逐级增大轴向偏应力，同时重复流变试验加卸载步骤直至试样破坏。通过该试验方法，可以探讨岩石破裂后的流变力学特性，获取破裂后岩石的流变强度和变形特征，为深部地下工程破裂围岩体的加固问题提供相应的技术措施。

Description

一种测定破裂后岩石三轴流变特性的加载路径方法

技术领域

本发明涉及一种破裂岩体流变特性的试验过程，特别是一种测定破裂后岩石三轴流变特性的加载路径方法。

背景技术

岩石工程中，岩体多处于三向应力状态，大量工程实践表明，岩石工程的失稳破坏并不是瞬时发生的，而是随时间推移而发展，直至发生失稳破坏，因而研究岩石在三向应力状态下的流变特性，对岩石工程的变形和稳定控制具有重要意义。目前关于岩石流变特性的研究，多是针对完整岩样来进行的，然而，岩石工程中岩体并非完整岩块，岩体中存在大量断层、软弱夹层、节理等结构面，结构面的存在显著影响岩石力学性质。

考虑结构面的影响，2000年丁秀丽等以三峡工程船闸区硬性结构面为研究对象，采用分级加载的方式，研究了其剪切蠕变特性；2009年朱珍德等对锦屏二级水电站含软弱夹层岩石进行了剪切流变试验研究，获得了岩石的长期强度参数；2009年刘学增等考虑风化对岩石力学参数的影响，对深圳莲盐高速公路凝灰熔岩进行了双轴剪切流变试验，讨论了不同围岩等级凝灰熔岩的剪切流变规律；2010年张治亮等对含弱面砂岩进行剪切蠕变试验，分析了含弱面砂岩的剪切蠕变力学特性及破裂机制。上述关于破裂岩石流变特性的研究成果，都是基于天然破裂岩石的流变试验而得出的，由于取自工程现场的破裂岩石往往取样困难，难以获得试验所需的试样，同时试样的破裂程度无法控制，由此无法得出破裂岩石流变特性随破裂程度的变化规律，此外，前人关于破裂岩体流变力学性能的研究主要是基于剪切流变试验，而采用三轴压缩流变试验进行研究的较少。

随着浅部资源的逐步减少和枯竭，地下开采的深度越来越大，目前我国已有大批矿井进入千米以下开采深度。随着开采深度的增加，深部岩体工程所面临的地质环境趋于复杂，工程岩体似断非断，似连非连，呈现出断续结构特征。以此，深部地下工程岩体的流变特征与影响机制与完整岩体或常规三轴压缩以及卸围压路径下岩体的强度特征相比，有着本质的区别，所以，针对深部高应力状态下的破裂岩体，如何研究破裂岩体的流变特性从而获得岩体的破裂度与岩体流变特性之间的客观规律，是深部岩体力学特性研究的重要课题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种加载方法简便易行，模拟效果好的测定破裂后岩石三轴流变特性的加载路径方法。

技术方案：本发明测定破裂后岩石三轴流变特性的加载路径方法，包括如下步骤：

a.首先对完整的工程岩体进行取样，将取样得到的岩体制成圆柱体试样；

b.将制成的圆柱形试样置于伺服试验机的三轴密闭压力缸内，调整试验机压头，使试验机压头与岩样上、下端部紧密接触；

c.通过伺服试验机对圆柱形试样施加静水压力，使试样的初始围压σ₃₁加载至4～6MPa；

d.按照位移加载模式对圆柱形试样施加轴向压力，使圆柱形试样加载的轴向应力应变曲线经峰值σ_f到达控制点a点，形成破裂后岩石试样；

e.增大破裂后岩石试样的围压值，使试样最终围压σ₃₂加载至破裂后岩石流变试验设定值，保持最终围压σ₃₂不变；

f.为了防止试样在流变试验加载过程中发生脆性破坏，试验按照位移加载模式对试样施加轴向压力至设定值σ₁₁，保持轴向压力不变直至试样的流变变形稳定后，卸除试样轴压至静水压力状态，持续卸载至试样变形稳定；

g.按照位移加载模式对试样重新加载至下一级应力σ₁₂，对破裂后的试样进行下一级偏应力水平下的加卸载流变试验，重复加卸载流变试验步骤直至试样破坏；

h.流变试验中轴向偏应力σ_1n与最终围压之和σ₃₂即为所测工程岩体的破裂后岩石的轴向流变应力σ₁。

所述岩石试样为标准试样，符合国际标准；所述的静水压力的加载速率为0.5～1MPa/s；所述的位移加载模式的加载速率为0.001～0.002mm/s；步骤f与步骤g所述的循环加卸载流变试验，加载时间为120h，卸载时间为72h，轴向偏应力水平级差约为5MPa。

有益效果：本发明适用于模拟深部破裂岩体的三轴流变特性的试验，采用上述加载路径进行岩石三轴流变特性试验，能获得破裂后不同应力水平下岩石的三轴流变曲线，以此进行深部岩体流变模型的研究以及模型参数衰减规律的研究；针对深部破裂岩体的围岩稳定与安全问题，提出相应的支护与加固措施，为解决深部岩体流变灾害以及威严稳定控制提供一种新的途径。所获得的试验结果有助于更加深刻的认识深部高应力下岩体的流变力学行为。该加载方法操作简单，在本领域具有较好的实用性。

附图说明

图1是本发明的测试试样加载路径示意图。

具体实施方式

实施例1：图1所示为本发明的测定破裂后岩石三轴流变特性的加载路径方法，首先对需测试的工程岩体进行取样，将取样得到的岩体制成圆柱形试样，圆柱形试样的尺寸符合国际标准；将制成圆柱形的试样置于伺服试验机的三轴密闭压力缸内，先使试验机压头与岩样上、下端部紧密接触；通过伺服试验机采用应力的加载模式对圆柱形试样施加静水压力，试样的初始围压σ₃₁加载至4～6MPa，加载速率为0.5～1.0MPa/s；按照位移加载模式对试样施加轴向压力，使试样加载的轴向应力-应变曲线经峰值σ_f到达试验控制点a点，形成破裂岩石试样；采用加载速率为0.5～1.0MPa/s的应力加载模式对破裂后岩石试样施加更大围压，使试样最终围压σ₃₂加载至流变试验设定值，一般为初始围压σ₃₁的2～10倍；保持最终围压σ₃₂不变，为了防止试样在加卸载流变试验的加载过程中发生脆性破坏，试验按照位移加载模式对试样施加轴向压力至设定值σ₁₁，至试样的流变变形稳定后，卸除试样轴压至静水压力状态，持续卸载至试样变形稳定；采用加载速率为0.001～0.002mm/s的位移加载模式对破裂后岩石试样施加轴向偏应力至流变试验设定值σ₁₁，σ₁₁略大于40%σ_f，保持试样荷载状态不变，持续120h，观察试样在该应力水平下的流变现象；待试样在该应力水平下进入稳态流变阶段后，将试样荷载状态卸载至静水压力状态，使试样进入卸载流变阶段，保持卸载应力状态，持续72h至试样变形稳定，而后进入下一级应力水平的加卸载流变试验，重复加卸载流变试验步骤直至试样破坏，流变试验中轴向偏应力σ_1n与最终围压之和σ₃₂为所测工程岩体的破裂后岩石的轴向流变应力σ₁，即所得的试验结果即为所测破裂岩体试样在该应力状态下的流变特性。

Claims (6)

1.一种测定破裂后岩石三轴流变特性的加载路径方法，其特征是：包括以下步骤：

a.首先对完整的工程岩体进行取样，将取样得到的岩体制成圆柱体试样；

b.将制成的圆柱形试样置于伺服试验机的三轴密闭压力缸内，调整试验机压头，使试验机压头与岩样上、下端部紧密接触；

c.通过伺服试验机对圆柱形试样施加静水压力，使试样的初始围压σ₃₁加载至4～6MPa；

d.按照位移加载模式对圆柱形试样施加轴向压力，使圆柱形试样加载的轴向应力应变曲线经峰值σ_f到达试验控制点a点，形成破裂后岩石试样；

e.增大试样围压值，使试样最终围压σ₃₂加载至破裂后岩石流变试验设定值，而后保持最终围压σ₃₂不变；

f.为了防止试样在加卸载流变试验的加载过程中发生脆性破坏，试验按照位移加载模式对试样施加轴向压力至设定值σ₁₁，至试样的流变变形稳定后，卸除试样轴压至静水压力状态，持续卸载至试样变形稳定；

g.按照位移加载模式对试样重新加载至下一级应力σ₁₂，对破裂后的试样进行下一级的加卸载流变试验，重复流变试验加卸载步骤直至试样破坏；

h.流变试验中轴向偏应力σ_1n与最终围压之和σ₃₂即为所测工程岩体的破裂后岩石的轴向流变应力σ₁。

2.根据权利要求1所述的测定破裂后岩石三轴流变特性的加载路径方法，其特征在于：所述岩石试样为标准试样，符合国际标准。

3.根据权利要求1所述的测定破裂后岩石三轴流变特性的加载路径方法，其特征在于：所述的静水压力的加载速率为0.5～1MPa/s。

4.根据权利要求1所述的测定破裂后岩石三轴流变特性的加载路径方法，其特征在于：岩石流变试验最终围压σ₃₂为初始围压σ₃₁的2～10倍。

5.根据权利要求1所述的测定破裂后岩石三轴流变特性的加载路径方法，其特征在于：所述的位移加载模式的加载速率为0.001～0.002mm/s。

6.根据权利要求1所述的测定破裂后岩石三轴流变特性的加载路径方法，其特征在于：步骤（f）～（g）所述的加卸载流变试验，加载时间为120h，卸载时间为72h，轴向偏应力水平级差（σ_1n-σ_1(n-1)）为5～10MPa。

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