CN111537702A - 一种获得冻融单裂隙英安岩变形破坏机理的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种获得冻融单裂隙英安岩变形破坏机理的方法，涉及冻融岩石技术领域。利用相似材料制备单裂隙面试样模拟具有裂隙的英安岩，在对单裂隙面试样进行冻融循环后，测量得到冻融单裂隙面试样的基本物理参数，再对冻融单裂隙面试样进行单轴压缩试验或常规三轴试验以获得冻融单裂隙面试样的力学指标的，根据冻融单裂隙面试样的基本物理参数和力学指标建立了对冻融裂隙英安岩石的物理力学性质的体系研究，进而获得冻融裂隙英安岩的变形破坏机理，为解决寒区工程项目中存在的问题提供了理论支持。

Description

一种获得冻融单裂隙英安岩变形破坏机理的方法
技术领域
本申请涉及冻融岩石技术领域，特别是涉及一种获得冻融单裂隙英安岩变形破坏机理的方法。
背景技术
我国是目前世界上寒区冻土面积分布最大的国家之一，近些年来，为了满足国家发展需要，越来越多的水电、道路、能源等工程项目在寒区，在这些工程项目的开发、建设以及运营过程中，必然面临着许多的工程地质问题。例如大坂山公路隧道围岩因地下水的冻胀作用而发生破裂乃至失稳；新疆寒区地下石油运输管道冻胀破坏等。而解决寒区工程项目中存在的问题，必须建立在对寒区特殊地质环境下的岩石工程特性的了解之上。
然而目前寒区工程问题的研究对象普遍是完整岩石，并且缺乏对岩石的冻融研究。因此基于目前对寒区岩石的研究，没有成体系的对岩石的冻融循环研究，更未形成对物理力学性质随冻融循环次数的变化规律的统一认识，不能获得寒区特殊地质环境下的岩石的变形破坏机理，也就无法为解决寒区工程项目中存在的问题提供理论支持。因此，亟需一种能够获得寒区特殊地质环境下的岩石的变形破坏机理的方法。
发明内容
本申请实施例提供一种获得冻融单裂隙英安岩变形破坏机理的方法，利用相似材料制备单裂隙面试样，通过获得冻融单裂隙面试样的基本物理参数和力学指标的方式，建立了对冻融裂隙英安岩石的物理力学性质的体系研究，进而获得冻融裂隙英安岩的变形破坏机理，为解决寒区工程项目中存在的问题提供了理论支持。
所述方法包括：根据英安岩的物理力学参数和预设的相似指标，确定标准物理力学参数；
根据所述标准物理力学参数，计算得到预设的多种相似材料的相似配比；
使用所述预设的多种相似材料，按照所述相似配比，制作得到多个单裂隙面试样；所述多个单裂隙面试样的裂隙面倾角包括第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角；
对所述多个单裂隙面试样进行冻融循环，在所述多个单裂隙面试样经过预设次数的冻融后，分别测量裂隙面倾角是第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角的单裂隙面试样的基本物理参数；
在所述多个单裂隙面试样经过预设次数的冻融后，对所述多个单裂隙面试样进行单轴压缩试验、常规三轴压缩试验和直剪试验，以分别获得所述裂隙面倾角是第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角的单裂隙面试样的力学指标；
根据所述基本物理参数，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和冻融次数的关系，并且根据所述力学指标，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和所述冻融次数的关系。
可选地，所述预设的多种相似材料包括：石英砂、重晶石、水泥、水和减水早强剂；所述方法还包括：
根据相似定理和所述英安岩的特性，确定所述预设的相似指标包括：容重的相似指标是1.2、弹性模量的相似指标是3和抗压强度的相似指标是3；
根据英安岩的物理力学参数和所述相似指标，确定标准物理力学参数，包括：
确定英安岩的物理力学参数；所述英安岩的物理力学参数包括：第一容重是26KN/m3、第一弹性模量是15.53Gpa和第一抗压强度是77.25Mpa；
将所述英安岩的物理力学参数与所述预设的相似指标的比值确定为所述标准物理力学参数；所述标准物理力学参数包括：第二容重是21.67KN/m3、第二弹性模量是5.18Gpa和第二抗压强度是25.75Mpa；
根据所述标准物理力学参数，计算得到预设的多种相似材料的相似配比，包括：
根据所述第二容重、所述第二弹性模量和所述第二抗压强度，计算得到所述相似配比包括重量配比如下的组分：所述石英砂：170份、所述重晶石：80份、所述水泥：100份、所述水：50份和所述减水早强剂：3份。
可选地，使用所述预设的多种相似材料，按照所述相似配比，制作得到多个单裂隙面试样，包括：
按照所述相似配比，混合所述预设的多种相似材料，得到试样材料；
获得多个具有裂隙的模具；
使用试样材料对所述多个具有裂隙的模具进行浇筑，得到所述多个单裂隙面试样。
可选地，所述第一倾角、所述第二倾角、所述第三倾角和所述第四倾角分别是0°、30°、60°和90°，获得多个具有裂隙的模具，包括：
根据待制作的多个单裂隙面试样的裂隙的倾角，在分别对应所述待制作的多个单裂隙面试样的多个模具管上确定裂隙位置和长度；
根据所述裂隙位置和长度，在所述多个模具管上标注裂隙线和切割线；
按所述裂隙线和所述切割线，切割所述多个模具材料，得到多组模具组件；
利用环向固定栓分别固定所述多组模具组件中的每组模具组件，获得多个具有裂隙的模具。
可选地，使用试样材料对所述多个具有裂隙的模具进行浇筑，得到所述多个单裂隙面试样，包括：
按照第一浇筑方法，对所述多个具有裂隙的模具中的每个具有裂隙的模具进行浇筑，得到单个单裂隙面试样；
将得到的所有单个单裂隙面试样确定为所述多个单裂隙面试样；
其中，所述第一浇筑方法包括：
在使用所述试样材料浇筑具有裂隙的模具时，在所述具有裂隙的模具上沿裂隙插入第一隔离片和第二隔离片；将所述具有裂隙的模具中的试样材料捣实后，取出所述第一隔离片；在使用所述试样材料对所述具有裂隙的模具完成浇筑，并所述具有裂隙的模具中的试样材料初凝后，取出所述第二隔离片；在所述具有裂隙的模具中的试样材料具有预设强度时，拆除所述具有裂隙的模具，得到所述单个单裂隙面试样。
可选地，所述第一隔离片是厚度为2mm的铁片，所述第二隔离片是厚度为0.3mm的镀锌铁片；
所述第一隔离片和所述第二隔离片的宽度相同，并且所述第一隔离片和所述第二隔离片的宽度取决于所述裂隙的宽度；
所述厚铁片用于在将所述具有裂隙的模具中的试样材料捣实的过程中，保证所述镀锌薄铁片不发生形变。
可选地，所述基本物理参数包括所述多个单裂隙面试样在干燥情况下和自然饱和水情况下的质量、密度、波速以及吸水率；
根据所述预设次数，计算得到所述基本物理参数基于冻融循环的循环次数的变化量；
根据所述基本物理参数，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和冻融次数的关系，包括：
分别分析所述多个单裂隙面试样的干燥质量减少量、饱和水质量增加量、干燥密度变化量、饱水密度改变量、吸水率与波速变化量，与所述裂隙面倾角的关系；
分别分析所述多个单裂隙面试样的干燥质量减少量、饱和水质量增加量、干燥密度变化量、饱水密度变化量、吸水率与波速变化量，与冻融次数的关系。
可选地，对所述多个单裂隙面试样进行单轴压缩试验、常规三轴压缩试验和直剪试验，以分别获得所述裂隙面倾角是第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角的单裂隙面试样的力学指标，包括：
对所述多个单裂隙面试样进行单轴压缩试验，获得所述多个单裂隙面试样的第一应变应力曲线；
对所述多个单裂隙面试样进行常规三轴压缩试验，获得所述多个单裂隙面试样在围压条件下的第二应变应力曲线；
根据所述力学指标，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和所述冻融次数的关系，包括：
根据所述第一应变应力曲线和所述第二应变应力曲线，获得所述多个单裂隙面试样中所述裂隙面倾角是所述第一倾角和所述第四倾角的单裂隙面试样的第一变形过程是：压密阶段、弹性阶段、破裂发展阶段、破裂后阶段；并，
获得所述多个单裂隙面试样中所述裂隙面倾角是所述第二倾角和所述第三倾角的单裂隙面试样的第二变形过程是：压密阶段、弹性阶段、宏观裂隙压密阶段、弹性阶段、破裂发展阶段、破裂后阶段；
根据所述第一变形过程和所述第二变形过程，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和所述冻融次数的关系。
可选地，所述力学指标包括：内摩擦角、弹性模量、抗压强度、泊松比和粘聚力；对所述多个单裂隙面试样进行单轴压缩、常规三轴压缩和直剪试验，以分别获得所述裂隙面倾角是第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角的单裂隙面试样的力学指标，包括：
对所述多个单裂隙面试样进行直剪试验，获得所述多个单裂隙面试样的内摩擦角和粘聚力；
根据所述第一应变应力曲线和所述第二应变应力曲线，计算得到所述多个单裂隙面试样的弹性模量、抗压强度、泊松比；
根据所述力学指标，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和所述冻融次数的关系，包括：
分别分析所述多个单裂隙面试样的内摩擦角、弹性模量、抗压强度、泊松比和粘聚力与所述裂隙面倾角的关系；
分别分析所述多个单裂隙面试样的内摩擦角、弹性模量、抗压强度、泊松比和粘聚力与所述冻融次数的关系。
可选地，对所述多个单裂隙面试样进行常规三轴压缩试验包括：
将所述多个单裂隙面试样中的每个单裂隙面试样插在传力基座上方，并使用热缩管包裹插在传力基座上方的单裂隙面试样；
对包裹热缩管的单裂隙面试样进行烘烤，密封所述单裂隙面试样和所述传力基座的连接位置；
以2MPa、4MPa、6Mpa的预设压强对插在传力基座上方的单裂隙面试样加载围压；
在对所述单裂隙面试样加载的围压达到所述预设压强时，采集所述单裂隙面试样的应力数据和应变数据，直至所述单裂隙面试样被完全破坏。
本申请实施例提出制作单裂隙面试样的相似材料和相似配比，由于相似配比根据本申请选取相似指标(容重、抗压强度和弹性模量)得到，因此本申请制作的单裂隙面试样的物理力学参数与英安岩原型的物理力学符合相似比例，对单裂隙面试样进行冻融循环，能够还原英安岩在冻融循环中的质量变化情况与受力载荷情况。
本申请实施例用满足相似配比的相似材料，制作得到裂隙面倾角分别为0°、30°、60°和90°的多个单裂隙面试样，对倾角不同的多个单裂隙面试样进行冻融循环，能够还原具有裂隙的英安岩在冻融循环中的质量变化情况与受力载荷情况，解决了由于自然界天然状态冻融情况下，单裂隙英安岩获得困难导致的无法对其进行研究的问题。
本申请实施例在单裂隙面试样经过预设次数冻融循环后，获得单裂隙面试样的基本物理参数(干燥质量、饱和水质量、干燥密度、饱水密度、吸水率与波速)随冻融循环次数的变化量；和单裂隙面试样的基本物理参数随裂隙面倾角的变化关系；和单裂隙面试样的力学指标(内摩擦角、弹性模量、抗压强度、泊松比和粘聚力)随冻融循环次数的变化量；和单裂隙面试样的力学指标随裂隙面倾角的变化关系，通过对上述基本物理参数和力学指标的分析，可以获得冻融作用主要使英安岩的力学性质产生劣化的规律，和冻融作对具有裂隙的英安岩的物理特征的影响，进而获得冻融单裂隙英安岩变形破坏机理。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提出的获得冻融单裂隙英安岩变形破坏机理的步骤流程图；
图2a是本申请实施例提出的用于制作裂隙面倾角是0°的单裂隙面试样的模具的设计图；
图2b是本申请实施例提出的用于制作裂隙面倾角是30°的单裂隙面试样的模具的设计图；
图2c是本申请实施例提出的用于制作裂隙面倾角是60°的单裂隙面试样的模具的设计图；
图2d是本申请实施例提出的用于制作裂隙面倾角是90°的单裂隙面试样的模具的设计图；
图3a是本申请实施例得到的干燥质量减少量与裂隙面倾角的关系图；
图3b是本申请实施例得到的饱和水质量增加量与裂隙面倾角的关系图；
图4a是本申请实施例获得的单裂隙面试样的抗压强度与冻融次数的关系图；
图4b是本申请实施例获得的单裂隙面试样的抗压强度与裂隙倾角的关系图；
图5是本申请实施例提出的获得具有裂隙的模具的步骤流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
高原寒区如西藏、青海等地，裂隙英安岩体广泛存在于边坡、路基及地下洞室中，经历因自然气候条件导致的反复的冻融循环作用之后，裂隙英安岩体的物理力学性质(密度、渗透性、抗冻性、抗压强度、弹性模量等)发生变化，在裂隙英安岩体的物理力学性质发生变化会导致裂隙英安岩体的裂隙发育(变形破坏)，然而目前无法获得裂隙英安岩体因冻融而发生的物理力学性质变化的变化规律，也就无法获得裂隙英安岩在冻融过程中的变形破坏机理。
由于英安岩位于高寒地区，使用岩石开采工具采集英安岩存在以下问题：1、经济成本高；2、取样困难，可能存在危险；3、制作裂隙时误差大，不易制作；4、可能对原岩内部应力情况存在扰动，，进而导致不能基于自然采集的英安岩进行冻融循环试验。目前对岩体冻融循环的研究对象普遍针对的是完整岩石，然而裂隙英安岩体的裂隙发育(变形破坏)规律才是解决寒区工程项目建设问题的关键，所以针对完整岩石的冻融研究并不能完全为解决寒区工程项目中存在的问题提供理论支持。
鉴于上述问题，本申请实施例提供一种获得冻融单裂隙英安岩变形破坏机理的方法，采用相似材料预制裂隙的方式制作不同倾角的单裂隙英安岩试样，再对单裂隙英安岩试样进行冻融循环，并获得单裂隙英安岩试样在冻融循环过程中的基本物理参数和力学指标，研究裂隙面倾角与基本物理参数和力学指标的关系，获得英安岩的变形破坏机理与裂隙面倾角和冻融次数的关系。
图1是本申请实施例提出的获得冻融单裂隙英安岩变形破坏机理的步骤流程图。如图1所示：
步骤S11：根据英安岩的物理力学参数和预设的相似指标，确定标准物理力学参数；
具体的预设相似指标是根据相似定理和所述英安岩的特性，确定所述预设的相似指标包括：容重的相似指标是1.2、弹性模量的相似指标是3和抗压强度的相似指标是3；
容重的相似指标1.2、弹性模量的相似指标3和抗压强度的相似指标3满足以下相似理论:
Figure BDA0002540346130000081
Figure BDA0002540346130000091
Cσ＝CE＝CC＝Cρ＝CRt＝CRc＝Cτ
其中CRt、Cσ、Cμ、Cε、Cε0、
Figure BDA0002540346130000092
Cεc、Cf、CE、CRc、CC、Cρ、Cτ、Cl、Cδ、Cγ依次表示在抗拉强度、应力、泊松比、应变、残余应变、内摩擦角、单轴极限压应变、摩擦系数、弹性模量、抗压强度、粘聚力、边界应力、抗剪强度、几何、位移、容重方面的相似常数。
以容重的相似常数作为相似指标，为研究英安岩在冻融循环中的干燥质量减少量、饱和水质量增加量、干燥密度变化量、饱水密度改变量、吸水率增加量与波速变化量提供了基础。
以弹性模量和抗压强度的相似常数作为相似指标，为获得英安岩在冻融循环中的应变应力曲线、内摩擦角、弹性模量、抗压强度、内摩擦角和泊松比提供了基础。
具体得到标准物理力学参数的步骤如下：
步骤S11-1:确定英安岩的物理力学参数；所述英安岩的物理力学参数包括：第一容重是26KN/m3、第一弹性模量是15.53Gpa和第一抗压强度是77.25Mpa；
英安岩的物理力学参数可以是基于对寒区获得英安岩进行测量后得到的物理力学参数。本申请获得的英安岩的物理力学参数是：
物理力学参数 英安岩原型
容重 26.00KN/m3
弹性模量 15.53Gpa
抗压强度 77.25Mpa
步骤S11-2：将所述英安岩的物理力学参数与所述预设的相似指标的比值确定为所述标准物理力学参数；所述标准物理力学参数包括：第二容重是21.67KN/m3、第二弹性模量是5.18Gpa和第二抗压强度是25.75Mpa；
第一容重是英安岩原型的容重，第一弹性模量是英安岩原型的弹性模量，第一抗压强度是英安岩原型的抗压强度。第二容重是待制作的单裂隙面试样的容重，第二弹性模量是待制作的单裂隙面试样的弹性模量，第二抗压强度是待制作的单裂隙面试样的抗压强度。
例如将容重26KN/m3除以容重的相似指标1.2，得到标准物理力学参数的容重是21.67KN/m3。进而得到制作的单裂隙面试样需要满足的标准物理力学参数。
单裂隙面试样的标准物理力学参数：
物理力学参数 英安岩原型 单裂隙面试样
容重 26.00KN/m3 21.67KN/m3
弹性模量 15.53Gpa 5.18Gpa
抗压强度 77.25Mpa 25.75Mpa
步骤S12：根据所述标准物理力学参数，计算得到预设的多种相似材料的相似配比；
所述预设的多种相似材料包括：石英砂、重晶石、水泥、水和减水早强剂。
石英砂、重晶石、水泥是各向同性材料，并且选择石英砂、重晶石、水泥、水和减水早强剂和原型材料在主要的物理力学参数及结构上具有相似性，保证获得的基本物理参数和力学指标能够还原到自然英安岩圆形中。同时石英砂、重晶石、水泥、水和减水早强剂的成本低、来源广、易运输、绿色环保、方便储存以及便于获取，便于操作，凝结时间短，可以多次利用，除此之外外界环境对石英砂、重晶石、水泥、水和减水早强剂的物理化学性质影响较小。
根据所述第二容重、所述第二弹性模量和所述第二抗压强度，得到所述相似配比包括重量配比如下的组分：所述石英砂：170份、所述重晶石：80份、所述水泥：100份、所述水：50份和所述减水早强剂：3份。
可以基于单一变量原则，确定相似材料的初始配比，相似材料的初始配比包括以重晶石和石英砂的比值作为变量的相似材料的初始配比、以水作为变量的相似材料的初始配比和以水泥作为变量的相似材料的初始配比。假设每一个单一变量的初始配比设置4组，则一共需要12组相似材料的初始配比。
按照初始配比制作多个圆柱体试样，对制得的多个圆柱体试样进行单轴压缩试验，获得圆柱体试样的物理力学参数，分析石英砂、重晶石、水泥、水对圆柱体试样对其物理力学性质的影响，根据石英砂、重晶石、水泥、水对圆柱体试样对其物理力学性质的影响，确定相似材料最终的相似配比。
以石英砂：170份、重晶石：80份、水泥：100份、水：50份和减水早强剂：3份的相似配比制作得到最终试样，并对最终试样进行单轴压缩试验和常规三轴压缩试验，计算得到该最终试样的物理力学参数，将最终试样的物理力学参数与英安岩原型的物理力学参数比较，满足相似比，与英安岩原型的物理力学参数成比例，因此，以石英砂：170份、重晶石：80份、水泥：100份、水：50份和减水早强剂：3份作为相似配比制作的单裂隙面试样的模型能够代表自然界英安岩在冻融循环中，或者能够代表自然界英安岩受力时的发育现象。
以石英砂：170份、重晶石：80份、水泥：100份、水：50份和减水早强剂：3份作为相似配比制作的单裂隙面试样的模型的与英安岩原型的物理力学参数入下表所示：
物理力学参数 英安岩原型 单裂隙面试样的模型
容重 26.00KN/m3 21.61KN/m3
弹性模量 15.53Gpa 5.12Gpa
抗压强度 77.25Mpa 25.80Mpa
泊松比 0.20 0.18
内摩擦角 55.86° 48.26°
泊松比通过对内摩擦角和粘聚力进行计算得到。
步骤13：使用所述预设的多种相似材料，按照所述相似配比，制作得到多个单裂隙面试样；所述多个单裂隙面试样的裂隙面倾角包括第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角；
所述第一倾角、所述第二倾角、所述第三倾角和所述第四倾角分别是0°、30°、60°和90°
裂隙面倾角是指裂隙与水平方向的夹角。以0°、30°、60°和90°作为单裂隙面试样的裂隙面倾角，以代表水平、缓倾、中倾、中陡倾、陡倾的英安岩自然裂隙，对裂隙面倾角是0°、30°、60°和90°的多个单裂隙面试样进行冻融循环和力学试验，从而获得具有裂隙的英安岩的冻融受荷物理力学特性。
本申请另一种实施例提出了制作多个单裂隙面试样的方法。如图2a-图2d所示，图2a-图2d是本申请实施例提出的具有裂隙的模具的设计图。分别的，图2a是本申请实施例提出的用于制作裂隙面倾角是0°的单裂隙面试样的模具的设计图。图2b是本申请实施例提出的用于制作裂隙面倾角是30°的单裂隙面试样的模具的设计图。图2c是本申请实施例提出的用于制作裂隙面倾角是60°的单裂隙面试样的模具的设计图。图2d是本申请实施例提出的用于制作裂隙面倾角是90°的单裂隙面试样的模具设计图。
可以按照如下步骤制作多个单裂隙面试样：
步骤S21：按照所述相似配比，混合所述预设的多种相似材料，得到试样材料；
试样材料是按照170：80：100：50：3的相似配比，将石英砂、重晶石、水泥、水和减水早强剂混合得到的材料。
步骤S22：获得多个具有裂隙的模具；
多个具有裂隙的模具的裂隙长度都是20mm。裂隙指的是模具表面的裂口。
步骤S23：使用试样材料对所述多个具有裂隙的模具进行浇筑，得到所述多个单裂隙面试样。
由于分别获得了用于制作裂隙面倾角是0°的单裂隙面试样的模具、用于制作裂隙面倾角是30°的单裂隙面试样的模具、用于制作裂隙面倾角是60°的单裂隙面试样的模具以及用于制作裂隙面倾角是90°的单裂隙面试样的模具，所以本申请实施例可以批量制作裂隙面倾角是0°的多个单裂隙面试样、裂隙面倾角是30°的多个单裂隙面试样、裂隙面倾角是60°的多个单裂隙面试样以及裂隙面倾角是90°的单裂隙面试样。即本申请获得的多个单裂隙面试样包含裂隙面倾角是0°的多个单裂隙面试样、裂隙面倾角是30°的多个单裂隙面试样、裂隙面倾角是60°的多个单裂隙面试样以及裂隙面倾角是90°的多个单裂隙面试样。
并且可以依据冻融循环的需求，对批量制作的多个单裂隙面试样分类。具体地可以将所有的单裂隙面试样分为六类，每一类都包含裂隙面倾角是0°、30°、60°和90°的多个单裂隙面试样。
对分类后的多个单裂隙面试样进行冻融循环。
步骤S14：对所述多个单裂隙面试样进行冻融循环，在所述多个单裂隙面试样经过预设次数的冻融后，分别测量裂隙面倾角是第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角的单裂隙面试样的基本物理参数；
冻融循环的区间为：-30℃～20℃，即单裂隙面试样的冻结温度为-30℃，融解温度为20℃。冻融周期为8小时，其中冻结4小时，融解4小时。
预设次数包括：0次、20次、40次、60次、80次和100次。
所述基本物理参数包括所述多个单裂隙面试样在干燥情况下和自然饱和水情况下的质量、密度、波速以及吸水率增加量；
获得英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和冻融次数的关系前，先获得基本物理参数随冻融循环的变化量，再进一步对基本物理参数随冻融循环的变化量进行分析，比对各种不同倾角的单裂隙面试样的基本物理参数随冻融循环的变化的差异，获得英安岩的变形破坏机理。
根据所述预设次数，计算得到所述基本物理参数基于冻融循环的循环次数的变化量；
示例地，可以将第一类多个单裂隙面试样作为冻融预设次数是0次的多个单裂隙面试样。先将第一类中的多个单裂隙面试样放置在温度为105℃的烘箱中，烘烤24小时达到恒重后，放入干燥器冷却至常温，取出多个单裂隙面试样测量其在干燥情况下的干燥质量、干燥密度、波速和吸水率增加量。
采用自然饱水法对烘干后的第一类多个单裂隙面试样进行饱水，擦干充分饱水的多个单裂隙试，测量其在自然饱和水情况下的饱和水质量、饱和水密度、波速和吸水率增加量。
其中密度可以通过单裂隙的质量和单裂隙的试样尺寸计算得到。
再将第二类多个单裂隙面试样作为冻融预设次数是20次的多个单裂隙面试样，在第二类多个单裂隙面试样经过20个周期的冻融后，测量第二类多个单裂隙面试样在干燥情况下的干燥质量、干燥密度、波速和吸水率增加量，以及第二类多个单裂隙面试样在饱和水情况下的饱和水质量、饱和水密度、波速和吸水率增加量。
再将第三类多个单裂隙面试样作为冻融预设次数是40次的多个单裂隙面试样，将第四类多个单裂隙面试样作为冻融预设次数是60次的多个单裂隙面试样，将第五类多个单裂隙面试样作为冻融预设次数80次的多个单裂隙面试样，将第六类多个单裂隙面试样作为冻融预设次数100次的多个单裂隙面试样，分别测量第三类、第四类、第五类和第六类的多个单裂隙面试样在干燥情况下的干燥质量、干燥密度、波速和吸水率增加量，以及在饱和水情况下的饱和水质量、饱和水密度、波速和吸水率增加量。
由于每一类的多个单裂隙面试样都包含了裂隙面倾角是0°、30°、60°和90°的多个单裂隙面试样，因此可以按照0°、30°、60°和90°的裂隙面倾角对每一类的多个单裂隙面试样进行分组。例如，对于第一类未进行冻融的多个单裂隙面试样，可以分为裂隙面倾角是0°的多个单裂隙面试样、裂隙面倾角是30°的多个单裂隙试等，进而可以得到未进行冻融的裂隙面倾角不同的单裂隙面倾角的基本物理参数(干燥质量、干燥密度、波速和吸水率等)的不同。
同理可以得到第二类进行20次冻融的裂隙面倾角是0°的多个单裂隙面试样的干燥质量。以第二类进行20次冻融的裂隙面倾角是0°的多个单裂隙面试样的干燥质量减去第一类未进行冻融的裂隙面倾角是0°的多个单裂隙面试样的干燥质量，得到裂隙面倾角是0°的多个单裂隙面试样在冻融20次的情况下，干燥质量减少量。
同样结合第三类进行40次冻融的裂隙面倾角是0°的多个单裂隙面试样的干燥质量，可以得到裂隙面倾角是0°的多个单裂隙面试样在冻融40次的情况下，干燥质量减少量。通过上述方法获得每一种裂隙面倾角(0°、30°、60°、90°)的单裂隙面试样基于冻融循环的循环次数的干燥质量减少量、饱和水质量增加量、干燥密度变化量、饱水密度变化量、吸水率增加量和波速变化量。
分别分析所述多个单裂隙面试样的干燥质量减少量、饱和水质量增加量、干燥密度变化量、饱水密度改变量、吸水率增加量与波速变化量，与所述裂隙面倾角的关系；
分别分析所述多个单裂隙面试样的干燥质量减少量、饱和水质量增加量、干燥密度变化量、饱水密度变化量、吸水率增加量与波速变化量，与冻融次数的关系。
图3a是本申请实施例得到的干燥质量减少量与裂隙面倾角的关系图。图3a中不同标记的折线代表不同冻融次数下的试样的裂隙面倾角与干试样的燥质量减少量的关系，图中的试样裂隙倾角指的是所述单裂隙面试样的裂隙面倾角。与图3b是本申请实施例得到的饱和水质量增加量与裂隙面倾角的关系图。图3b中不同标记的折线代表不同冻融次数下的试样的裂隙面倾角与试样饱和水质量增加量的关系。根据图3a和图3b的数据，可以分析不同倾角的单裂隙面试样的干燥质量和饱和水质量随着冻融次数增加的变化量不同，又由于单裂隙面试样的物理力学参数与英安岩原型的物理力学参数满足相似配比，进而得到英安岩的变形破坏机理：不同的裂隙面倾角不仅会使得裂隙位置不同，而且会引起裂隙积的不同，由此可能造成试样吸水率增加量的不同，而含水率不同的试样在冻融次数较少的情况下，因冻融作用产生的颗粒脱落数量较少，其干燥质量减少量的差别自然不大，随着冻融次数进一步增加，这些不同含水率试样的颗粒脱落数量差异变大，干燥质量减少量的差异增加，自然表现出冻融次数较多时，干燥质量减少量与裂隙面倾角相关，且相关性有随冻融次数增加而增强的趋势。
同样地，也可以汇总每一种裂隙面倾角(0°、30°、60°、90°)的单裂隙面试样的干燥密度变化量、饱水密度改变量、吸水率增加量与波速变化量随着冻融循环的循环次数的增加的测量数据，绘制得到饱和水质量增加量与冻融次数的关系图、干燥质量减少量与冻融次数的关系图、干燥密度变化量与裂隙面倾角的关系图、干燥密度变化量与冻融次数的关系图、饱水密度变化量与裂隙面倾角的关系图、饱水密度变化量与冻融次数的关系图、吸水率增加量与裂隙面倾角的关系图、吸水率增加量与冻融次数的关系图、波速变化量与冻融次数的关系图、波速变化量与裂隙面倾角的关系图。再基于上述关系图，分析冻融循环对不同裂隙面倾角的英安岩的质量和密度的改变，进而获得裂隙面倾角对英安岩变形破坏的影响规律。
本申请以容重作为相似指标，获得制作单裂隙面试样的相似配比，通过容重的大小可以反映材料的密实度，使的制作得到的单裂隙面试样可以还原英安岩在自然冻融中物理特性(密实度)的改变，再通过分别在饱和水和干燥情况下，测量、获得并分析自然物理参数(质量、密度、波速以及吸水率)，还原了英安岩含水率对英安岩自然冻融的影响，进而保证了本申请通过单裂隙面试样获得的变形破坏机理能够真实反映英安岩的的冻融单裂隙英安岩的变形破坏机理。
进一步地，本申请实施例还从英安岩在冻融中的受力载荷的角度，获得冻融单裂隙英安岩变形破坏机理。
步骤S15：在所述多个单裂隙面试样经过预设次数的冻融后，对所述多个单裂隙面试样进行单轴压缩试验、常规三轴压缩试验和直剪试验，以分别获得所述裂隙面倾角是第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角的单裂隙面试样的力学指标；
同样以每一类都包含裂隙面倾角是0°、30°、60°和90°的多个单裂隙面试样的以六类单裂隙面试样作为模拟英安岩的受力载的多个单裂隙面试样。
在第二类多个单裂隙面试样进行20次冻融，并完成基本物理参数的测量后，对第二类多个单裂隙面试样进行单轴压缩试验、常规三轴压缩试验、直剪试验等操作，获得单裂隙面试样分别经过20、40、60、80、100次冻融后，受力载荷的变化，进而获得英安岩的变形破坏机理。
通过以下方式获得多个单裂隙面试样的力学指标：
步骤S15-1：对所述多个单裂隙面试样进行单轴压缩试验，获得所述多个单裂隙面试样的第一应变应力曲线；
步骤S15-2：对所述多个单裂隙面试样进行常规三轴压缩试验，获得所述多个单裂隙面试样在围压条件下的第二应变应力曲线；
步骤S15-3：根据所述第一应变应力曲线和所述第二应变应力曲线，获得所述多个单裂隙面试样中所述裂隙面倾角是所述第一倾角和所述第四倾角的单裂隙面试样的第一变形过程是：压密阶段、弹性阶段、破裂发展阶段、破裂后阶段；并，
步骤S15-4：获得所述多个单裂隙面试样中所述裂隙面倾角是所述第二倾角和所述第三倾角的单裂隙面试样的第二变形过程是：压密阶段、弹性阶段、宏观裂隙压密阶段、弹性阶段、破裂发展阶段、破裂后阶段；
根据所述第一变形过程和所述第二变形过程，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和所述冻融次数的关系。
通过分析裂隙面倾角是0°和90°的单裂隙面试样的变形过程(压密阶段、弹性阶段、破裂发展阶段、破裂后阶段)，可以得知单裂隙面试样的宏观裂隙压密段出现时对应的冻融次数，进而得到单裂隙面试样中的法向力达到使裂隙闭合的量级时，对应的单裂隙面试样的冻融次数(20次、40次、60次、80次或者100次)。同样地，可以获得裂隙面倾角是30°和60°的单裂隙面试样的法向力的变化趋势，比较裂隙面倾角分别是0°、90°、30°和60°的单裂隙面试样的法向力的变化，获得冻融循环对英安岩形变的影响，得到英安岩的变形破坏机理与裂隙面倾角和冻融次数的关系。
对单裂隙面试样进行常规三轴压缩试验前，需要确定围压，并保证对单裂隙面试样实施围压时，单裂隙面试样与常规三轴压缩试验的传力基座的密封。
将所述多个单裂隙面试样中的每个单裂隙面试样插在传力基座上方，并使用热缩管包裹插在传力基座上方的单裂隙面试样；对包裹热缩管的单裂隙面试样进行烘烤，密封所述单裂隙面试样和所述传力基座的连接位置；以2MPa、4MPa、6Mpa的预设压强对插在传力基座上方的单裂隙面试样加载不同大小的围压；在对所述单裂隙面试样加载的围压达到所述预设压强时，采集所述单裂隙面试样的应力数据和应变数据，直至所述单裂隙面试样被完全破坏。
以2MPa、4MPa、6Mpa做为加载在单裂隙面试样上的围压，模拟了冻融英安岩所处的地应力环境。
所述力学指标包括：内摩擦角、弹性模量、抗压强度、泊松比和粘聚力。
根据通过对单裂隙面试样进行单轴压缩试验、常规三轴压缩试验得到的应变应力曲线，可以计算得到单裂隙面试样的弹性模量、抗压强度泊松比，对单裂隙面试样进行直剪试验可以得到单裂隙面试样的内摩擦角和粘聚力。
对所述多个单裂隙面试样进行直剪试验，获得所述多个单裂隙面试样的内摩擦角和粘聚力；根据所述第一应变应力曲线和所述第二应变应力曲线，计算得到所述多个单裂隙面试样的弹性模量、抗压强度、泊松比；分别分析所述多个单裂隙面试样的内摩擦角、弹性模量、抗压强度、泊松比和粘聚力与所述裂隙面倾角的关系；分别分析所述多个单裂隙面试样的内摩擦角、弹性模量、抗压强度、泊松比和粘聚力与所述冻融次数的关系。
以抗压强度为例，由于得到了六类包含裂隙面倾角是0°、30°、60°和90°的多个单裂隙面试样，并且在对第一类、第二类、第三类、第四类、第五类和第六类的多个单裂隙面试样分别进行了0次、20次、40次、60次、80次和100次的冻融循环后，对每一类的多个单裂隙面试样进行单轴压缩试验或常规三轴压缩试验得到抗压强度，因此可以绘制得到图4a和图4b。图4a中的不同标记的折线代表的是不同裂隙倾角的试样的抗压强度与其冻融次数的关系。图4b中的不同标记的折线代表的是经过不同冻融次数的样式的抗压强度与其裂隙倾角的关系。如图4a-图4b所示，图4a是本申请实施例获得的单裂隙面试样的抗压强度与冻融次数的关系图；图4b是本申请实施例获得的单裂隙面试样的抗压强度与裂隙倾角的关系图，需要说明的是，图4a-图4b是基于对所有单裂隙面试样进行围压为6Mpa的常规三轴压缩测量得到的数据绘制得到的，当然在围压取其他值(2Mpa或4Mpa)时，也可以绘制得到不同的抗压强度与冻融次数的关系图或者抗压强度与裂隙倾角的关系图。同理，本申请还可以得到内摩擦角与裂隙面倾角的关系图、弹性模量与冻融次数的关系图、弹性模量与裂隙面倾角的关系图、泊松比与冻融次数的关系图等。进而分别从弹性模量、泊松比、内摩擦和粘聚力的角度，分析冻融单裂隙英安岩变形破坏机理。
本申请以弹性模量和抗压强度作为相似指标，与从弹性模量、抗压强度、内摩擦角和粘聚力的角度，分析冻融单裂隙英安岩变形破坏机理契合，进而具有针对性地获得可以模拟英安岩自然受力的单裂隙面试样。
泊松比是单裂隙面试验在弹性变形阶段的横向应变绝对值和纵向应变绝对值的比值。进一步地，通过弹性模量和泊松比的比值可以确定剪切模量，分析剪切模量和冻融次数的关系，以及剪切模量和剪切模量和裂隙倾角的关系。
步骤S16：根据所述基本物理参数，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和冻融次数的关系，并且根据所述力学指标，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和所述冻融次数的关系。
本申请的另一个实施例提出了制作单裂隙面试样的具体实施方法。制作单裂隙面试样的方法分为两个方面，第一方面是获得多个具有裂隙的模具，第二方面是使用试样材料浇筑具有裂隙的模具的方法。
图5是本申请实施例提出的获得具有裂隙的模具的步骤流程图。如图5所示：
步骤S31：根据待制作的多个单裂隙面试样的裂隙的倾角，在分别对应所述待制作的多个单裂隙面试样的多个模具管上确定裂隙位置和长度；
使用切割机将50mm直径的PVC管按长度为10cm一段进行切割，得到多段PVC管，并对倾斜和光滑度欠佳的切割面进行打磨。将打磨后的多段PVC管作为多个模具管。再使用马克笔对每个模具管进行编号，同时用箭头标注模具上部截面方向以便于后续对模具进行固定组装。
步骤S32：根据所述裂隙位置和长度，在所述多个模具管上标注裂隙线和切割线；
根据图2a-图2d，对多个模具管标注裂隙位置及长度，并过裂隙线中点沿竖直方向画出切割线。裂隙线是图2a-图2d中长为20mm的短线，通过切割线可以将圆柱形PVC管的切割成两个相互连接的相同的半圆弧，两个相同的半圆弧的连接位置与切割线相对。
步骤S33：按所述裂隙线和所述切割线，切割所述多个模具材料，得到多组模具组件；
用打磨机沿画好的裂隙线切割裂隙，由于打磨机切片略厚，所以为了使切割后的模具尽可能保持圆柱体形状，采用钢锯沿竖向切割线进行切割，并对切割后的切割面进行清理、打磨。
对应同一段PVC管，并完成裂隙线切割的两个相同的半圆弧为一组模具组件。
步骤S34：利用环向固定栓分别固定所述多组模具组件中的每组模具组件，获得多个具有裂隙的模具。
使用塑料材质的环向固定栓组装模具组件。由于每个模具管都有编号，所以可以将对应同一段PVC管(模具管)的模具组件进行组装固定。
使用试样材料浇筑具有裂隙的模具包括：
按照第一浇筑方法，对所述多个具有裂隙的模具中的每个具有裂隙的模具进行浇筑，得到单个单裂隙面试样；
将得到的所有单个单裂隙面试样确定为所述多个单裂隙面试样；
其中，所述第一浇筑方法包括：
在使用所述试样材料浇筑具有裂隙的模具时，在所述具有裂隙的模具上沿裂隙插入第一隔离片和第二隔离片；将所述具有裂隙的模具中的试样材料捣实后，取出所述第一隔离片；在使用所述试样材料对所述具有裂隙的模具完成浇筑，并所述具有裂隙的模具中的试样材料初凝后，取出所述第二隔离片；在所述具有裂隙的模具中的试样材料具有预设强度时，拆除所述具有裂隙的模具，得到所述单个单裂隙面试样。
对按照相似配比混合的相似材料充分混合搅拌，得到试样材料。将配好的试样材料慢慢倒入模具中，边浇筑边捣实，当浇筑至接近裂隙最低点时，同时插入厚度宽度为20mm，厚度为2mm的厚铁片和宽度相同、厚度为0.3mm的镀锌薄铁片，插入厚铁片是为了保证在接下来的捣实过程中薄铁片不变形，然后继续浇筑，直至快到模具顶部时，取出厚铁片，再次浇筑至模具顶面，抹平试样顶面，完成浇筑，待材料初凝之后取出薄铁片；④等试样达到一定强度后进行拆模，然后按照前面配合比试验中对试样的养护方法进行养护，最后获得宽度为2cm的单裂隙英安岩试样。
预设强度是指具有裂隙的模具中的试样材料不会轻易发生形变的强度。
所述第一隔离片是厚度为2mm的铁片，所述第二隔离片是厚度为0.3mm的镀锌铁片；所述第一隔离片和所述第二隔离片的宽度相同，并且所述第一隔离片和所述第二隔离片的宽度取决于所述裂隙的宽度；所述厚铁片用于在将所述具有裂隙的模具中的试样材料捣实的过程中，保证所述镀锌薄铁片不发生形变。
本申请实施例提出制作单裂隙面试样的相似材料和相似配比，由于相似配比根据本申请选取相似指标(容重、抗压强度和弹性模量)得到，因此本申请制作的单裂隙面试样的物理力学参数与英安岩原型的物理力学参数成比例，对单裂隙面试样进行冻融循环，能够还原英安岩在冻融循环中的质量变化情况与受力载荷情况。
本申请实施例用满足相似配比的相似材料，制作得到裂隙面倾角分别为0°、30°、60°和90°的多个单裂隙面试样，对倾角不同的多个单裂隙面试样进行冻融循环，能够还原具有裂隙的英安岩在冻融循环中的质量变化情况与受力载荷情况，解决了由于自然界裂隙英安岩获得困难导致的无法对裂隙英安岩进行研究的问题。
本申请实施例在单裂隙面试样经过预设次数冻融循环后，获得单裂隙面试样的基本物理参数(干燥质量、饱和水质量、干燥密度、饱水密度、吸水率与波速)随冻融循环次数的变化量；和单裂隙面试样的基本物理参数随裂隙面倾角的变化关系；和单裂隙面试样的力学指标(内摩擦角、弹性模量、抗压强度、泊松比和粘聚力)随冻融循环次数的变化量；和单裂隙面试样的力学指标随裂隙面倾角的变化关系，通过对上述基本物理参数和力学指标的分析，可以获得冻融作用主要使英安岩的力学性质产生劣化的规律，和冻融作对具有裂隙的英安岩的物理特征的影响，进而获得能够形成对物理力学性质随冻融循环次数的变化规律的统一认识的冻融单裂隙英安岩变形破坏机理。
尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上对本申请所提供的一种获得冻融单裂隙英安岩变形破坏机理的方法，进行了详细介绍，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种获得冻融单裂隙英安岩变形破坏机理的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据英安岩的物理力学参数和预设的相似指标，确定标准物理力学参数；
根据所述标准物理力学参数，计算得到预设的多种相似材料的相似配比；
使用所述预设的多种相似材料，按照所述相似配比，制作得到多个单裂隙面试样；所述多个单裂隙面试样的裂隙面倾角包括第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角；
对所述多个单裂隙面试样进行冻融循环，在所述多个单裂隙面试样经过预设次数的冻融后，分别测量裂隙面倾角是第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角的单裂隙面试样的基本物理参数；
在所述多个单裂隙面试样经过预设次数的冻融后，对所述多个单裂隙面试样进行单轴压缩试验、常规三轴压缩试验和直剪试验，以分别获得所述裂隙面倾角是第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角的单裂隙面试样的力学指标；
根据所述基本物理参数，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和冻融次数的关系，并且根据所述力学指标，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和所述冻融次数的关系。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的多种相似材料包括：石英砂、重晶石、水泥、水和减水早强剂；所述方法还包括：
根据相似定理和所述英安岩的特性，确定所述预设的相似指标包括：容重的相似指标是1.2、弹性模量的相似指标是3和抗压强度的相似指标是3；
根据英安岩的物理力学参数和所述相似指标，确定标准物理力学参数，包括：
确定英安岩的物理力学参数；所述英安岩的物理力学参数包括：第一容重是26KN/m3、第一弹性模量是15.53Gpa和第一抗压强度是77.25Mpa；
将所述英安岩的物理力学参数与所述预设的相似指标的比值确定为所述标准物理力学参数；所述标准物理力学参数包括：第二容重是21.67KN/m3、第二弹性模量是5.18Gpa和第二抗压强度是25.75Mpa；
根据所述标准物理力学参数，计算得到预设的多种相似材料的相似配比，包括：
根据所述第二容重、所述第二弹性模量和所述第二抗压强度，计算得到所述相似配比包括重量配比如下的组分：所述石英砂：170份、所述重晶石：80份、所述水泥：100份、所述水：50份和所述减水早强剂：3份。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用所述预设的多种相似材料，按照所述相似配比，制作得到多个单裂隙面试样，包括：
按照所述相似配比，混合所述预设的多种相似材料，得到试样材料；
获得多个具有裂隙的模具；
使用试样材料对所述多个具有裂隙的模具进行浇筑，得到所述多个单裂隙面试样。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一倾角、所述第二倾角、所述第三倾角和所述第四倾角分别是0°、30°、60°和90°，获得多个具有裂隙的模具，包括：
根据待制作的多个单裂隙面试样的裂隙的倾角，在分别对应所述待制作的多个单裂隙面试样的多个模具管上确定裂隙位置和长度；
根据所述裂隙位置和长度，在所述多个模具管上标注裂隙线和切割线；
按所述裂隙线和所述切割线，切割所述多个模具材料，得到多组模具组件；
利用环向固定栓分别固定所述多组模具组件中的每组模具组件，获得多个具有裂隙的模具。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使用试样材料对所述多个具有裂隙的模具进行浇筑，得到所述多个单裂隙面试样，包括：
按照第一浇筑方法，对所述多个具有裂隙的模具中的每个具有裂隙的模具进行浇筑，得到单个单裂隙面试样；
将得到的所有单个单裂隙面试样确定为所述多个单裂隙面试样；
其中，所述第一浇筑方法包括：
在使用所述试样材料浇筑具有裂隙的模具时，在所述具有裂隙的模具上沿裂隙插入第一隔离片和第二隔离片；将所述具有裂隙的模具中的试样材料捣实后，取出所述第一隔离片；再使用所述试样材料对所述具有裂隙的模具完成浇筑，并在所述具有裂隙的模具中的试样材料初凝后，取出所述第二隔离片；在所述具有裂隙的模具中的试样材料达到预设强度时，拆除所述具有裂隙的模具，得到所述单个单裂隙面试样。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一隔离片是厚度为2mm的铁片，所述第二隔离片是厚度为0.3mm的镀锌铁片；
所述第一隔离片和所述第二隔离片的宽度相同，并且所述第一隔离片和所述第二隔离片的宽度取决于所述裂隙的宽度；
所述厚铁片用于在将所述具有裂隙的模具中的试样材料捣实的过程中，保证所述镀锌薄铁片不发生形变。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基本物理参数包括所述多个单裂隙面试样在干燥情况下和自然饱和水情况下的质量、密度、波速以及吸水率；
根据所述预设次数，计算得到所述基本物理参数基于冻融循环的循环次数的变化量；
根据所述基本物理参数，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和冻融次数的关系，包括：
分别分析所述多个单裂隙面试样的干燥质量减少量、饱和水质量增加量、干燥密度变化量、饱水密度改变量、吸水率与波速变化量，与所述裂隙面倾角的关系；
分别分析所述多个单裂隙面试样的干燥质量减少量、饱和水质量增加量、干燥密度变化量、饱水密度变化量、吸水率与波速变化量，与冻融次数的关系。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述多个单裂隙面试样进行单轴压缩试验、常规三轴压缩试验和直剪试验，以分别获得所述裂隙面倾角是第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角的单裂隙面试样的力学指标，包括：
对所述多个单裂隙面试样进行单轴压缩试验，获得所述多个单裂隙面试样的第一应变应力曲线；
对所述多个单裂隙面试样进行常规三轴压缩试验，获得所述多个单裂隙面试样在围压条件下的第二应变应力曲线；
根据所述力学指标，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和所述冻融次数的关系，包括：
根据所述第一应变应力曲线和所述第二应变应力曲线，获得所述多个单裂隙面试样中所述裂隙面倾角是所述第一倾角和所述第四倾角的单裂隙面试样的第一变形过程是：压密阶段、弹性阶段、破裂发展阶段、破裂后阶段；并，
获得所述多个单裂隙面试样中所述裂隙面倾角是所述第二倾角和所述第三倾角的单裂隙面试样的第二变形过程是：压密阶段、弹性阶段、宏观裂隙压密阶段、弹性阶段、破裂发展阶段、破裂后阶段；
根据所述第一变形过程和所述第二变形过程，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和所述冻融次数的关系。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述力学指标包括：内摩擦角、弹性模量、泊松比和抗压强度；对所述多个单裂隙面试样进行单轴压缩、常规三轴压缩和直剪试验，以分别获得所述裂隙面倾角是第一倾角、第二倾角、第三倾角和第四倾角的单裂隙面试样的力学指标，包括：
对所述多个单裂隙面试样进行直剪试验，获得所述多个单裂隙面试样的内摩擦角和粘聚力；
根据所述第一应变应力曲线和所述第二应变应力曲线，计算得到所述多个单裂隙面试样的弹性模量、抗压强度、泊松比；
根据所述力学指标，获得所述英安岩的变形破坏机理与所述裂隙面倾角和所述冻融次数的关系，包括：
分别分析所述多个单裂隙面试样的内摩擦角、弹性模量、抗压强度、泊松比和粘聚力与所述裂隙面倾角的关系；
分别分析所述多个单裂隙面试样的内摩擦角、弹性模量、抗压强度、泊松比和粘聚力与所述冻融次数的关系。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，对所述多个单裂隙面试样进行常规三轴压缩试验包括：
将所述多个单裂隙面试样中的每个单裂隙面试样插在传力基座上方，并使用热缩管包裹插在传力基座上方的单裂隙面试样；
对包裹热缩管的单裂隙面试样进行烘烤，密封所述单裂隙面试样和所述传力基座的连接位置；
以2MPa、4MPa、6Mpa的预设压强对插在传力基座上方的单裂隙面试样加载围压；
在对所述单裂隙面试样加载的围压达到所述预设压强时，采集所述单裂隙面试样的应力数据和应变数据，直至所述单裂隙面试样被完全破坏。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114036714A (zh) * 2021-09-28 2022-02-11 中南大学 考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012183052A (ja) * 2011-03-04 2012-09-27 Nobuyuki Sato 発酵微生物資材（ｋｓ‐２３菌）による凍結融解システム
CN108829916A (zh) * 2018-04-25 2018-11-16 中铁二院工程集团有限责任公司 硬岩冻融损伤长期变形模型的构建方法
CN110702536A (zh) * 2019-10-25 2020-01-17 安徽建筑大学 一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律研究方法及系统
CN110940693A (zh) * 2019-10-29 2020-03-31 成都理工大学 一种评价裂隙岩体抗冻性能的试验方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012183052A (ja) * 2011-03-04 2012-09-27 Nobuyuki Sato 発酵微生物資材（ｋｓ‐２３菌）による凍結融解システム
CN108829916A (zh) * 2018-04-25 2018-11-16 中铁二院工程集团有限责任公司 硬岩冻融损伤长期变形模型的构建方法
CN110702536A (zh) * 2019-10-25 2020-01-17 安徽建筑大学 一种岩体结构面剪切破坏表面形态演化规律研究方法及系统
CN110940693A (zh) * 2019-10-29 2020-03-31 成都理工大学 一种评价裂隙岩体抗冻性能的试验方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
侯志强 等: "三轴疲劳-卸围压条件下大理岩力学特性试验研究", 《岩土力学》 *
张慧梅 等: "冻融循环条件下红砂岩物理力学特性试验研究", 《太原理工大学学报》 *
李新平 等: "冻融荷载耦合作用下单裂隙岩体损伤模型研究", 《岩石力学与工程学报》 *
王传乐 等: "三轴压缩条件下北山花岗岩的力学特性及破裂演化", 《林业工程学报》 *
赵建军: "冻融作用下含裂隙岩石力学特性及损伤演化规律试验研究", 《工程地质学报》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114036714A (zh) * 2021-09-28 2022-02-11 中南大学 考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法
CN114036714B (zh) * 2021-09-28 2024-04-16 中南大学 考虑裂隙闭合的冻融岩石复合损伤分段模型的构建方法

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