CN104458413A - 一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法 - Google Patents
一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104458413A CN104458413A CN201310430473.0A CN201310430473A CN104458413A CN 104458413 A CN104458413 A CN 104458413A CN 201310430473 A CN201310430473 A CN 201310430473A CN 104458413 A CN104458413 A CN 104458413A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rock
- strain
- spalling
- axial
- sample
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Abstract
本发明涉及一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法，包括：a、加工岩石试件；b、将岩石试件安装在压力机的试样台上；c、按荷载控制模式对试件进行轴向加载，直至试件破坏；d、计算试件的体积应变；e、确定体积应变-轴向应力曲线中的裂隙损伤强度；f、在体积应变与轴向应力的关系曲线中连接零点与裂隙损伤强度点，形成一条参考线；g、从零点开始至裂隙损伤强度结束，计算体积应变-轴向应力曲线上的应变值与相同应力水平下参考线对应的应变值之差；h、做出体积应变差与轴向应力的关系散点图，图中体积应变差为峰值所对应的应力即为岩石的启裂强度。本发明适用于为地下工程服务的岩石力学试验。
Description
技术领域
本发明涉及一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法，特别是涉及一种适用于为地下工程服务的岩石力学试验的采用体积应变差确定岩石在压缩条件下启裂强度的方法。
背景技术
岩石受力破坏过程是其内部微破裂萌生、扩展和贯通的过程。其在压缩条件下的损伤和破坏过程可主要划分为几个重要阶段：(1)裂隙闭合；(2)弹性变形；(3)裂隙初始；(4)裂隙稳定发展；(5)裂隙贯通；(6)非稳定裂隙发展；(7)破坏；(8)破坏后阶段。其中，裂隙初始所对应的应力水平称为岩石启裂强度。启裂强度（σci）是岩石在压缩破坏过程中的重要特征应力值之一，合理确定该应力值对于描述岩石的力学行为以及预测地下工程开挖边界附近的劈裂破坏具有重要意义。目前，国际岩石力学与工程学会（ISRM）建立了劈裂破坏预测（Commission on Spall Predictions）委员会，该委员会的重要目标之一是提出岩石启裂强度的确定方法。然而到目前为止，国际上还尚未形成明确的建议方法来确定岩石在压缩条件下的启裂强度。
现有测定岩石启裂强度的方法主要包括应力应变法和声发射法两类。应力应变法是利用粘贴在岩石试件表面的轴向和横向应变片，或安装在岩石试件上的纵向和横向引伸计，在压缩过程中记录轴向应力，并分别测量其两个方向的应变，然后绘制轴向应力和应变（轴向、横向和体积应变）关系曲线，并在体积应变-轴向应力曲线上做切线，当曲线偏离切线时对应的轴向应力即为岩石的启裂强度。然而，该方法在很大程度上具有主观性，其强烈依赖于用户对此偏离点的肉眼判断，由此得出的启裂强度值便不再客观。在声发射方法中，多采用以柱状图显示的实时声发射参数的变化来确定岩石启裂强度。其判读的依据是：在加载初始阶段，声发射信号微弱，随着轴向压力的增大，岩石开始出现一次显著的声发射事件，此时的轴向应力即为岩石启裂强度。然而，由于声发射监测信号对于岩石受力响应的高度敏感性以及背景噪声的干扰，岩石在孔隙裂隙压密阶段和弹性变形阶段也可能检测出较强的声发射信号，从而干扰了对于启裂强度值的准确识别。因此亟需提供一种新型的岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种便于客观判读岩石在压缩条件下的启裂强度值的岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法。
为解决上述技术问题，本发明一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法，依次包括以下步骤：
（1）对现场钻取的完整岩芯进行加工，制备圆柱形的岩石试件；
（2）对试件进行轴向加载，直至试件破坏；实时采集轴向应力σ1对应下的轴向应变ε1和环向应变ε3数据；
（3）获得体积应变εv=ε1+2ε3；
（4）获得体积应变与轴向应力的关系曲线；
（5）获得裂隙损伤强度σcd，所述裂隙损伤强度σcd为体积应变与轴向应力的关系曲线中，体积应变最大值对应的轴向应力值；
（6）获得参考线；所述参考线为体积应变与轴向应力的关系曲线中，零点与裂隙损伤强度σcd的连接线；
（7）获得从零点开始至裂隙损伤强度的各轴向应力值对应的体积应变差；所述体积应变差为相同轴向应力值下的体积应变与轴向应力的关系曲线与参考线上的体积应变之差；
（8）获得岩石的启裂强度，所述岩石的启裂强度为体积应变差最大值对应的轴向应力值。
岩石试件的高度与直径比为2:1。
轴向应变ε1和环向应变ε3数据通过在所述岩石试件上安装轴向和环向引伸计采集。
（2）中对试件进行轴向加载包括，将岩石试件安装在压力机的试样台上，采用压力机的围压系统对试件施加预先设定的围压，采用荷载控制模式对试件进行轴向加载。
压力机为美国MTS公司生产的型号为MTS815的压力机。
（2）中对试件进行轴向加载包括，单轴压缩或三轴压缩。
单轴压缩时围压为0。
三轴压缩时围压为20MPa。
本发明通过为确定岩石在压缩条件下的启裂强度提供了一种新方法，本发明所述方法的特点是去除了用户的主观判断，根据体积应变差与轴向应力的关系曲线对启裂强度进行客观判读，保证了求解的唯一性，该方法简单可靠，易于推广应用。
附图说明
图1为本发明单轴压缩条件下应变与轴向应力的关系曲线图；
图2为本发明单轴压缩条件下轴向应力与体积应变差的关系曲线图；
图3为本发明三轴压缩条件下(围压为20MPa）应变与轴向应力的关系曲线图；
图4为本发明三轴压缩条件下轴向应力与体积应变差的关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
本实施例为单轴压缩条件下确定岩石的启裂强度，现进行以下操作：
（1）对甘肃北山高放废物地质处置库预选区钻取的完整岩芯进行加工，制备成高度与直径比为2:1的圆柱形岩石试件，本例采用的岩石试件直径为50mm，高为100mm。
（2）将岩石试件安装在压力机的试样台上，压力机型号为：MTS815（美国MTS公司生产）。
（3）在岩样的中部安装轴向和环向引伸计。
（4）采用压力机的荷载控制模式对试件进行单轴压缩试验，加载速率设为0.75MPa/s，直至试件破坏，试验结束。
（5）如图1所示，根据测得的轴向应变（ε1）与轴向应力（σ1）关系曲线1和环向应变（ε3）与轴向应力（σ1）关系曲线2，得到试件的体积应变（εv），εv=ε1+2ε3，其中ε1为正值，ε3为负值。
（6）如图1所示，根据步骤（5）所得结果，绘制体积应变εv与轴向应力σ1的关系曲线3；
（7）如图1所示，在体积应变-轴向应力曲线中得出体积应变的旋转点，即体积应变最大值所对应的数据点4，其对应的轴向应力为裂隙损伤强度（σcd）。
（8）如图1所示，连接零点5与裂隙初始损伤强度点4，形成一条直线6，即参考线。
（9）如图1所示，从零点开始至裂隙损伤强度结束，计算体积应变-轴向应力曲线上的体积应变值与相同应力水平条件下参考线对应的体积应变值之差，即体积应变差7。
（10）如图2所示绘制轴向应力与体积应变差的散点图1，图为“倒U形”，图中体积应变差峰值所对应的轴向应力值即为岩石的启裂强度2。
实施例2：
本实施例为三轴压缩条件下确定岩石启裂强度，现进行以下操作：
（1）对甘肃北山高放废物地质处置库预选区钻取的完整岩芯进行加工，制备成高度与直径比为2:1的圆柱形岩石试件，本例采用的岩石试件直径为50mm，高为100mm。
（2）将岩石试件安装在压力机的试样台上，压力机型号为：MTS815（美国MTS公司生产）。
（3）在岩样的中部安装轴向和环向引伸计。
（4）通过压力机的围岩系统对岩样施加围压，本例所采用的围压值为20MPa。
（5）采用压力机的荷载控制模式对试件进行三轴压缩试验，加载速率设为0.75MPa/s，直至试件破坏，试验结束。
（6）如图3所示，根据测得的轴向应变（ε1）与轴向应力（σ1）关系曲线1和环向应变（ε3）与轴向应力（σ1）关系曲线2，得到试件的体积应变（εv），εv=ε1+2ε3，其中ε1为正值，ε3为负值。
（7）如图3所示，根据步骤（6）所得结果，绘制体积应变εv与轴向应力σ1的关系曲线3；
（8）如图3所示，在体积应变-轴向应力曲线中得出体积应变的旋转点，即体积应变最大值所对应的数据点4，其对应的应力为裂隙损伤强度（σcd）。
（9）如图3所示，连接零点5与裂隙初始损伤强度点4，形成一条直线6，即参考线。
（10）如图3所示，从零点开始至裂隙损伤强度结束，计算体积应变-轴向应力曲线上的体积应变值与相同应力水平下参考线对应的体积应变值之差，即体积应变差7。
（11）如图4所示，所示绘制轴向应力与体积应变差的散点图1，图为“倒U形”，图中体积应变差峰值所对应的应力即为岩石的启裂强度2。
上述实施例中的围压值只是举例说明，实际上本方法适用于任意围压。本发明不局限于上述实施方式，所属技术领域的技术人员从上述方法出发，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以作出各种变化。
Claims (8)
1.一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法，依次包括以下步骤：
（1）对现场钻取的完整岩芯进行加工，制备圆柱形的岩石试件；
（2）对试件进行轴向加载，直至试件破坏；实时采集轴向应力σ1对应下的轴向应变ε1和环向应变ε3数据；
（3）获得体积应变εv=ε1+2ε3；
（4）获得体积应变与轴向应力的关系曲线；
（5）获得裂隙损伤强度σcd，所述裂隙损伤强度σcd为体积应变与轴向应力的关系曲线中，体积应变最大值对应的轴向应力值；
（6）获得参考线；所述参考线为体积应变与轴向应力的关系曲线中，零点与裂隙损伤强度σcd的连接线；
（7）获得从零点开始至裂隙损伤强度的各轴向应力值对应的体积应变差；所述体积应变差为相同轴向应力值下的体积应变与轴向应力的关系曲线与参考线上的体积应变之差；
（8）获得岩石的启裂强度，所述岩石的启裂强度为体积应变差最大值对应的轴向应力值。
2.根据权利要求1所述的一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法，其特征在于：所述岩石试件的高度与直径比为2:1。
3.根据权利要求1所述的一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法，其特征在于：所述轴向应变ε1和环向应变ε3数据通过在所述岩石试件上安装轴向和环向引伸计采集。
4.根据权利要求1所述的一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法，其特征在于：将岩石试件安装在压力机的试样台上，采用压力机的围压系统对试件施加预先设定的围压，采用荷载控制模式对试件进行轴向加载。
5.根据权利要求4所述的一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法，其特征在于：所述压力机为美国MTS公司生产的型号为MTS815的压力机。
6.根据权利要求1所述的一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法，其特征在于：所述（2）中对试件进行轴向加载包括，单轴压缩或三轴压缩。
7.根据权利要求6所述的一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法，其特征在于：所述单轴压缩时围压为0。
8.根据权利要求6所述的一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法，其特征在于：所述三轴压缩时围压为20MPa。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310430473.0A CN104458413A (zh) | 2013-09-18 | 2013-09-18 | 一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310430473.0A CN104458413A (zh) | 2013-09-18 | 2013-09-18 | 一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104458413A true CN104458413A (zh) | 2015-03-25 |
Family
ID=52904827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310430473.0A Pending CN104458413A (zh) | 2013-09-18 | 2013-09-18 | 一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104458413A (zh) |
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104749032A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-07-01 | 湖南大学 | 一种土石混合体或混凝土内部应力测试装置 |
| CN104849134A (zh) * | 2015-05-26 | 2015-08-19 | 中国石油大学(华东) | 多级应力分级加载蠕变力学试验确定岩石长期强度的方法 |
| CN105021444A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-11-04 | 河海大学 | 一种基于稳态流变速率交点的岩石长期强度参数确定方法 |
| CN105043868A (zh) * | 2015-07-01 | 2015-11-11 | 中国矿业大学(北京) | 一种基于ct快速成像的负载敏感岩芯加载方法 |
| CN106124311A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-11-16 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 基于应变测试判别裂纹扩展演化过程的方法 |
| CN107907415A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-04-13 | 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 | 用于断续陡缓裂隙诱发岩体倾倒变形破坏试验的试件 |
| CN107907409A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-04-13 | 中国地质大学（武汉） | 一种确定岩石起裂应力的方法、设备及存储设备 |
| CN108614035A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-10-02 | 长江水利委员会长江科学院 | 大埋深洞室硬岩岩爆孕灾风险识别方法 |
| CN108871946A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-11-23 | 长江水利委员会长江科学院 | 大埋深洞室硬岩岩爆灾变风险等级评估方法 |
| CN109915182A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-21 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 深埋大跨度地下洞室群设计参数确定方法 |
| CN109991096A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-07-09 | 中南大学 | 基于损伤强度的岩石单轴压缩起变点判别方法 |
| CN110031307A (zh) * | 2019-05-07 | 2019-07-19 | 武汉大学 | 一种确定损伤岩石起裂应力指标的方法 |
| CN110044718A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-07-23 | 中南大学 | 基于单轴压缩滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法 |
| CN110044717A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-07-23 | 中南大学 | 确定岩石单轴压缩分级加卸载试验中加卸载响应比起变点的方法 |
| CN111044367A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 成都理工大学 | 一种基于三轴应力-应变曲线的岩石裂缝亚临界扩展速率实验测试方法 |
| CN113776942A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-12-10 | 东北大学 | 一种岩石三轴压缩下识别闭合应力和启裂应力的试验方法 |
-
2013
- 2013-09-18 CN CN201310430473.0A patent/CN104458413A/zh active Pending
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| M. NICKSIAR ET AL.: "Evaluation of Methods for Determining Crack Initiation in Compression Tests on Low-Porosity Rocks", 《ROCK MECHANICS AND ROCK ENGINEERING》 * |
| W. F. BRACE ET AL.: "Dilatancy in the Fracture of Crystalline Rocks", 《JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH》 * |
| 彭俊等: "水压影响岩石渐进破裂过程的试验研究", 《岩土力学》 * |
Cited By (26)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104749032A (zh) * | 2015-04-16 | 2015-07-01 | 湖南大学 | 一种土石混合体或混凝土内部应力测试装置 |
| CN104849134A (zh) * | 2015-05-26 | 2015-08-19 | 中国石油大学(华东) | 多级应力分级加载蠕变力学试验确定岩石长期强度的方法 |
| CN104849134B (zh) * | 2015-05-26 | 2016-01-20 | 中国石油大学(华东) | 多级应力分级加载蠕变力学试验确定岩石长期强度的方法 |
| CN105021444A (zh) * | 2015-06-29 | 2015-11-04 | 河海大学 | 一种基于稳态流变速率交点的岩石长期强度参数确定方法 |
| CN105043868A (zh) * | 2015-07-01 | 2015-11-11 | 中国矿业大学(北京) | 一种基于ct快速成像的负载敏感岩芯加载方法 |
| CN105043868B (zh) * | 2015-07-01 | 2017-08-22 | 中国矿业大学(北京) | 一种基于ct快速成像的负载敏感岩芯加载方法 |
| CN106124311A (zh) * | 2016-07-29 | 2016-11-16 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 基于应变测试判别裂纹扩展演化过程的方法 |
| CN107907409A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-04-13 | 中国地质大学（武汉） | 一种确定岩石起裂应力的方法、设备及存储设备 |
| CN107907415A (zh) * | 2017-11-29 | 2018-04-13 | 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 | 用于断续陡缓裂隙诱发岩体倾倒变形破坏试验的试件 |
| CN107907415B (zh) * | 2017-11-29 | 2023-12-05 | 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 | 断续陡缓裂隙诱发岩体倾倒变形破坏的试验分析方法 |
| CN108871946B (zh) * | 2018-03-23 | 2019-06-18 | 长江水利委员会长江科学院 | 大埋深洞室硬岩岩爆灾变风险等级评估方法 |
| CN108614035B (zh) * | 2018-03-23 | 2019-06-18 | 长江水利委员会长江科学院 | 大埋深洞室硬岩岩爆孕灾风险识别方法 |
| CN108871946A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-11-23 | 长江水利委员会长江科学院 | 大埋深洞室硬岩岩爆灾变风险等级评估方法 |
| CN108614035A (zh) * | 2018-03-23 | 2018-10-02 | 长江水利委员会长江科学院 | 大埋深洞室硬岩岩爆孕灾风险识别方法 |
| CN110044717A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-07-23 | 中南大学 | 确定岩石单轴压缩分级加卸载试验中加卸载响应比起变点的方法 |
| CN110044718A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-07-23 | 中南大学 | 基于单轴压缩滞后比指标的岩爆倾向性等级判别方法 |
| CN109991096A (zh) * | 2019-02-02 | 2019-07-09 | 中南大学 | 基于损伤强度的岩石单轴压缩起变点判别方法 |
| CN110044717B (zh) * | 2019-02-02 | 2021-08-03 | 中南大学 | 确定岩石单轴压缩试验中加卸载响应比起变点的方法 |
| CN109915182B (zh) * | 2019-04-02 | 2020-11-24 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 深埋大跨度地下洞室群设计参数确定方法 |
| CN109915182A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-06-21 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 深埋大跨度地下洞室群设计参数确定方法 |
| CN110031307A (zh) * | 2019-05-07 | 2019-07-19 | 武汉大学 | 一种确定损伤岩石起裂应力指标的方法 |
| CN110031307B (zh) * | 2019-05-07 | 2020-10-30 | 武汉大学 | 一种确定损伤岩石起裂应力指标的方法 |
| CN111044367A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-21 | 成都理工大学 | 一种基于三轴应力-应变曲线的岩石裂缝亚临界扩展速率实验测试方法 |
| CN111044367B (zh) * | 2019-12-31 | 2020-12-18 | 成都理工大学 | 一种基于三轴应力-应变曲线的岩石裂缝亚临界扩展速率实验测试方法 |
| CN113776942A (zh) * | 2021-09-17 | 2021-12-10 | 东北大学 | 一种岩石三轴压缩下识别闭合应力和启裂应力的试验方法 |
| CN113776942B (zh) * | 2021-09-17 | 2022-05-20 | 东北大学 | 一种岩石三轴压缩下识别闭合应力和启裂应力的试验方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104458413A (zh) | 一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法 | |
| CN103760024B (zh) | 基于累计声发射撞击数客观确定岩石启裂强度的方法 | |
| Munoz et al. | Fracture energy-based brittleness index development and brittleness quantification by pre-peak strength parameters in rock uniaxial compression | |
| CN103760008A (zh) | 一种岩石在单轴压缩条件下的裂隙闭合应力确定方法 | |
| CN103852377B (zh) | 基于累计声发射撞击数识别岩石单轴压缩启裂强度的方法 | |
| CN105938070B (zh) | 多功能真三轴岩石钻探测试系统及表征岩体特性的试验方法 | |
| CN107505204B (zh) | 一种基于最小耗能原理建立岩石损伤本构模型的方法 | |
| CN105021457B (zh) | 一种用于深部坚硬顶板煤层冲击倾向性的测试与评估方法 | |
| CN107907409B (zh) | 一种确定岩石起裂应力的方法、设备及存储设备 | |
| CN103969121B (zh) | 一种弹性应变能指标检测系统及方法 | |
| CN208206682U (zh) | 一种基于相对压缩应变确定岩石起裂应力的系统 | |
| Wang et al. | Fracture behavior of intact rock using acoustic emission: experimental observation and realistic modeling | |
| CN111238931B (zh) | 基于能量演化的页岩脆性指数评价方法 | |
| CN104990808B (zh) | 可获得峰前滞后损伤岩样抗剪强度参数的单试件测定方法 | |
| CN106021886B (zh) | 一种确定复杂应力状态下沥青混合料强度模型的方法 | |
| CN106370730A (zh) | 一种基于声发射技术精确测量脆性材料损伤阈值的方法 | |
| CN101509852A (zh) | 一种获取厚壁圆筒试样环形断裂的试验方法 | |
| CN108871262A (zh) | 大埋深洞室挤压型围岩大变形判别方法 | |
| CN107092747A (zh) | 树木风载荷测定方法 | |
| CN108519437A (zh) | 一种煤样单轴抗压强度的多元回归预测模型及其建立方法 | |
| CN106769456A (zh) | 一种持久荷载下全级配混凝土长期性能测试装置及方法 | |
| CN110926941A (zh) | 一种页岩脆性指数评价方法、装置及系统 | |
| Ferretti | On poisson's ratio and volumetric strain in concrete | |
| CN108106941A (zh) | 一种带动力局部载荷作用的岩石强度测试系统与测试方法 | |
| Puttick et al. | Stress fields round indentations in poly (methyl methacrylate) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150325 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |