CN109855978A - 一种基于损伤强度的岩石单轴压缩起变点判别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于损伤强度的岩石单轴压缩起变点判别方法。本发明中定义岩石在单轴压缩试验中损伤强度对应的轴向应力‑轴向应变点为单轴压缩起变点，并提出了基于损伤强度确定岩石单轴压缩起变点的方法。对圆柱形岩石试样进行单轴压缩试验，测出其轴向应变和侧向应变，通过轴向应变和侧向应变之和得到岩石的体积应变，进而得到岩石轴向应力‑体积应变曲线。岩石体积应变的峰值点对应岩石的轴向应力‑体积应变曲线的拐点，岩石轴向应力‑体积应变曲线拐点处的轴向应力为岩石的损伤强度，损伤强度对应的轴向应力‑轴向应变点即为岩石单轴压缩起变点。

Description

一种基于损伤强度的岩石单轴压缩起变点判别方法
技术领域
本发明涉及一种基于损伤强度的岩石单轴压缩起变点判别方法。
背景技术
岩石在单轴压缩条件下的应力应变曲线从宏观上刻画了岩石在荷载作用下的基本力学特征，从岩石单轴压缩试验得到的应力应变曲线可知，岩石受载后直到破坏将经历以下五个阶段：1.微裂隙压密阶段，2.弹性变形阶段，3.微裂隙发生和扩展阶段，4.裂隙不稳定发展直至破裂阶段，5.破裂后阶段。其中岩石进入裂隙不稳定发展直至破裂阶段后，随着轴向应力的增加，岩石内部的裂隙迅速扩展，裂隙进入不稳定发展阶段，裂隙扩展贯通形成滑动面，导致岩石的整体失稳，因此准确判断裂隙不稳定发展直至破坏阶段的起点对于预测岩石破坏具有重要意义。损伤强度标志着岩石内部裂纹大量连接贯通，体积应变曲线发生弯折，裂纹的进一步扩展贯通无需再增加外力，因此，损伤强度也被称为岩石裂纹不稳定扩展的起点。加卸载响应比理论是一种研究岩石或岩体非线性破坏前兆和破坏预报的理论，该理论通过确定岩石的加卸载响应比起变点实现对岩石破坏的预报，同样在岩石的单轴压缩试验中也可借鉴加卸载响应比理论中起变点的思想，岩石进入裂隙不稳定扩展阶段，预示着岩石即将发生破坏，损伤强度为岩石裂隙不稳定发展阶段的起点，本发明定义岩石损伤强度对应的轴向应力- 轴向应变点为岩石在单轴压缩试验中的起变点。确定岩石单轴压缩起变点对于岩石破坏预报具有重要意义。
发明内容
本发明提出一种基于损伤强度的岩石单轴压缩起变点判别方法。
一种基于损伤强度的岩石单轴压缩起变点判别方法，将圆柱形岩石试样放在刚性电液伺服材料控制试验机上，以12KN/min的力控制加载速率进行单轴压缩试验，对岩石试样的进行单轴压缩试验，测出其轴向应变和侧向应变，通过轴向应变和侧向应变之和得到岩石的体积应变，进而得到岩石轴向应力-体积应变曲线。岩石体积应变的峰值点对应岩石的轴向应力 -体积应变曲线的拐点，岩石轴向应力-体积应变曲线拐点处的轴向应力为岩石的损伤强度。将岩石的损伤强度对应的轴向应力应变点定义为岩石单轴压缩起变点。
一种基于损伤强度的岩石单轴压缩起变点判别方法，包括以下步骤：
步骤1：根据岩石力学单轴压缩试验规程，取圆柱形岩石试样安放在刚性电液伺服材料控制试验机上，以12KN/min的力控制加载速率加载直至岩石试样破坏，测得岩石试样的轴向应变和侧向应变；
步骤2：通过轴向应变与侧向应变之和得到岩石的体积应变，进而得到岩石的轴向应力- 体积应变曲线；
步骤3：体积应变的峰值点对应轴向应力-体积应变的拐点，轴向应力-体积应变曲线的拐点对应的轴向应力即为岩石的损伤强度；
步骤4：岩石的损伤强度对应的轴向应力-轴向应变点即为岩石单轴压缩起变点。
所述圆柱形岩石试样的直径D取为48-52mm，高度L为直径长度的1.8～2.2倍，通过对岩石试样按照上述方法进行试验，提出了一种基于损伤强度的岩石单轴压缩起变点判别方法。
有益效果
本发明公开了一种基于损伤强度的岩石单轴压缩起变点判别方法。本发明中定义岩石在单轴压缩试验中损伤强度对应的轴向应力-轴向应变点为单轴压缩起变点，并提出了基于损伤强度确定岩石单轴压缩起变点的方法。对圆柱形岩石试样进行单轴压缩试验，测出其轴向应变和侧向应变，通过轴向应变和侧向应变之和得到岩石的体积应变，进而得到岩石轴向应力- 体积应变曲线。岩石体积应变的峰值点对应岩石的轴向应力-体积应变曲线的拐点，岩石轴向应力-体积应变曲线拐点处的轴向应力为岩石的损伤强度，损伤强度对应的轴向应力-轴向应变点即为岩石单轴压缩起变点。
在单轴压缩试验中岩石进入裂隙不稳定扩展阶段后，岩石即将发生破坏，损伤强度为岩石裂隙不稳定发展阶段的起点，本发明定义岩石损伤强度对应的轴向应力-轴向应变点为岩石在单轴压缩试验中的起变点。确定岩石单轴压缩起变点对于岩石破坏预报具有重要意义。
附图说明
图1为本发明所述方法的流程示意图；
图2为圆柱形试样立体示意图；
图3为岩石试样单轴压缩方案；
图4为岩石试样单轴压缩轴向应力-轴向应变曲线图；
图5为岩石试样单轴压缩轴向应力-体积应变曲线图；
图6为岩石起变点确定方法图；
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
在MTS815电液伺服材料试验机进行岩石常规单轴压缩试验，对岩石的起变点进行判断。
如图1所示，一种基于损伤强度的岩石单轴压缩起变点判别方法，具体过程如下：
(1)：如图1所示，应按下列步骤进行：现场取样，将取得的岩块加工成圆柱形试样(如图2)，直径D取为48-52mm，高度L为直径长度的1.8～2.2倍，加载方案如图3，以12KN/min的力控制加载速率加载直至岩石试样破坏，测得岩石试样的轴向应变和侧向应变；
(2)：通过轴向应变与侧向应变之和得到岩石的体积应变，进而得到岩石的轴向应力-体积应变曲线；
(3)：如图5，体积应变的峰值点对应轴向应力-体积应变的拐点，轴向应力-体积应变曲线的拐点对应的轴向应力即为岩石的损伤强度；
(4)：如图6，岩石的损伤强度对应的轴向应力-轴向应变点即为岩石单轴压缩起变点。
实施例2：
以青砂岩为例，通过单轴压缩试验测得岩石在单轴压缩条件下的轴向应变和侧向应变，最终确定岩石的单轴压缩起变点，具体如下：
step1：将工程现场取回的青砂岩岩块加工成直径为50mm，长度为100mm的圆柱形岩石试样，命名为青砂岩K5,将岩石试样在MTS815电液伺服材料试验机进行单轴压缩试验，以加载速率为12KN/min的力控制加载方式加载，测得岩石在单轴压缩条件下的轴向应变和侧向应变。
step2：通过轴向应变与侧向应变之和得到岩石的体积应变，进而得到岩石的轴向应力-体积应变曲线；
step3：体积应变的峰值点对应轴向应力-体积应变的拐点，轴向应力-体积应变曲线的拐点对应的轴向应力即为岩石的损伤强度，青砂岩K5轴向应力-体积应变曲线的拐点对应的轴向应力和体积应变分别为66.95MPa、0.0023，则青砂岩K5的损伤强度为66.95MPa；
step4：岩石的损伤强度对应的轴向应力-轴向应变点即为岩石单轴压缩起变点，青砂岩K5 的损伤强度为66.95MPa，对应的起变点轴向应力，轴向应变分别为66.95MPa、0.0029。
表1青砂岩K5起变点位置
利用上述标准，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种基于损伤强度的岩石单轴压缩起变点判别方法，其特征在于，将圆柱形岩石试样放在刚性电液伺服材料控制试验机上，以12KN/min的加载速率进行单轴压缩试验直至岩石试样破坏，测出其轴向应变和侧向应变，通过轴向应变和侧向应变之和得到岩石的体积应变，进而得到岩石轴向应力-体积应变曲线。岩石体积应变曲线随着加载时间逐渐上升，上升至体积应变的峰值后开始下降，岩石体积应变从上升至下降的峰值点对应岩石的轴向应力-体积应变曲线的拐点。岩石轴向应力-体积应变曲线拐点处的轴向应力强度为岩石的损伤强度，将岩石的损伤强度对应的轴向应力-轴向应变点定义为岩石单轴压缩起变点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述岩体在单轴压缩试验中的起变点确定过程如下：
步骤1：根据岩石力学单轴压缩试验规程，取圆柱形岩石试样安放在刚性电液伺服材料控制试验机上，以12KN/min的力控制加载速率加载直至岩石试样破坏，测得岩石试样的轴向应变和侧向应变；
步骤2：通过轴向应变与侧向应变之和得到岩石的体积应变，进而得到岩石的轴向应力-体积应变曲线；
步骤3：体积应变的峰值点对应轴向应力-体积应变的拐点，轴向应力-体积应变曲线的拐点对应的轴向应力即为岩石的损伤强度；
步骤4：岩石的损伤强度对应的轴向应力-轴向应变点即为岩石单轴压缩起变点。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，确定岩石在单轴压缩试验中损伤强度，利用损伤强度确定岩石单轴压缩试验中的起变点，所述岩石的损伤强度通过轴向应力-体积应变曲线的拐点确定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述圆柱形岩石试样的直径D取为48-52mm，高度L为直径长度的1.8～2.2倍。
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