CN111896372A - 一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法 - Google Patents

一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法,包括如下步骤:制备标准岩石试件;将标准岩石试件放入监测装置内,并且在监测装置上布置若干个位移传感器;获取试件由变形开始到失稳破坏的全过程水平位移监测数据;根据获取的全过程水平位移监测数据绘制试验过程中试件的水平位移变化曲线;将采集到的监测数据进行数据网格化,输出水平位移变化等值线图,分析试件的渐进破坏特征。本发明通过利用自主设计的岩石试件水平变形监测装置和Surfer图形处理软件,可以直观地从线条的变化趋势中研究试件的位移变化规律,从而定性的分析试件的渐进破坏特征,可为相关岩土工程室内试验、原位试验监测技术方法等方面提供有益参考。

Description

一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法
技术领域
本发明属于岩石力学变形测量分析技术领域,具体涉及一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法。
背景技术
岩石的力学特性一直是岩石工程界所关注的研究方向之一,近年来,随着实验条件及监测技术的不断提高,人们更加注重岩石变形特性方面的研究。在岩土工程、地下工程中,以往室内岩石力学试验绝大多数都是进行圆柱形、方形试件的压缩试验,变形分析主要是分析承载过程中试件的垂直位移、环向位移的演化规律,进而探求试件的变形破坏机理,为有关岩石工程的稳定性评价等提供必要的参数。
目前,采用的最广泛的岩石试件变形测量方法为:利用LVDT位移传感器或应变式传感器进行位移监测,以获得岩石试件相对两侧的轴向、水平的变形数据,该方法获得的试件的局部点的变形数据用来表征试件整体的变形特征,会显著影响测量的准确性。尤其在试件的水平变形分析中,位移监测数据受传感器固定位置的影响,不能有效反映试件表面变形的局部差异性,无法准确描述试件由局部点到整体破坏的渐进破坏特征。
岩石试件的水平变形特征与轴向变形存在较大差异,试验过程中对试件表面不同点的水平变形位移进行准确监测,分析岩石试件表面从局部到整体失稳破坏的渐进破坏特征,对岩石工程领域的工程稳定性研究具有重要意义。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的室内岩石力学试验不能有效监测试件局部区域变形破坏的问题,提供一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法,通过利用自主设计的岩石试件水平变形监测装置和Surfer图形处理软件,用来分析岩石试件压缩过程中的渐进破坏特征。
技术方案:为实现上述目的,本发明提供一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法,包括如下步骤:
S1:制备用作进行压缩试验的标准岩石试件;
S2:将标准岩石试件放入监测装置内,并且在监测装置上布置若干个位移传感器用于监测岩石试件表面不同区域的水平位移数据;
S3:将装有岩石试件的监测装置放入试验压力机,进行岩石试件的压缩试验,获取试件由变形开始到失稳破坏的全过程水平位移监测数据;
S4:根据获取的全过程水平位移监测数据绘制试验过程中试件的水平位移变化曲线;
S5:将采集到的监测数据进行数据网格化,输出水平位移变化等值线图,通过岩石试件水平位移等值线云图的演化规律,分析试件的渐进破坏特征。
进一步的,所述步骤S2中通过在岩石试件表面划线测量确定岩石表面各个测点的相对位置,为了精准的分析岩石试件表面各个区域的位移变化。
进一步的,所述步骤S2中通过在监测装置上设置位移传感器定位孔来安装位移传感器。
进一步的,所述步骤S2中位移传感器为LVDT位移传感器。
进一步的,所述步骤S5中通过Surfer图形处理软件对采集到的监测数据进行数据网格化。
进一步的,所述步骤S5中Surfer图形处理软件采用网格菜单里面的数据处理功能对监测的水平位移数据进行网格化,利用克里格法生成网格文件,采用地图菜单里的等值线图功能导入生成的网格文件,绘制等值线云图。
进一步的,所述Surfer图形处理软件对水平位移变化等值线图进行色彩填充,使得试件加载过程不同阶段的位移变化更加鲜明。
进一步的,所述监测装置包括监测装置上压板和监测装置底板,所述监测装置上压板与压力机压头固定连接,所述监测装置底板与压力机承压板固定连接。
Surfer是具有插值功能的绘图软件,主要功能是绘制等值线图,可以绘制张贴图、矢量图、影像图、线框图等形式的图形,本发明将Surfer绘图软件巧妙的应用到分析岩石试件横线变形特征当中,配合自主设计的岩石试件水平变形监测装置,解决了现有技术无法准确描述试件由局部点到整体破坏的渐进破坏特征。
有益效果:本发明与现有技术相比,通过利用自主设计的岩石试件水平变形监测装置和Surfer图形处理软件,通过在岩石试件表面设置水平LVDT位移传感器,可以监测到岩石试件表面不同区域的水平位移数据,对试件的水平变形做出定量分析;也可以通过Surfer图形处理软件输出岩石试件破坏过程中的水平变形等值线云图,可以直观地从线条的变化趋势中研究试件的位移变化规律,从而定性的分析试件的渐进破坏特征。
附图说明
图1为本发明的流程示意图;
图2为实施例涉及的岩石试件水平变形监测装置;
图3为实施例中岩石试件的水平变形随时间的变化曲线;
图4为实施例中岩石试件水平变形Surfer等值线云图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例,进一步阐明本发明,应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围,在阅读了本发明之后,本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1所示,本发明提供一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法,包括如下步骤:
S1:制备用作进行压缩试验的标准岩石试件,试件的尺寸为长度180mm,宽度60mm,高度105-110mm之间的长方体试件;
S2:在长方体岩石试件的前后两面划线,并准确测量16个LVDT位移传感器的相对位置,如图2所示,在监测装置内部区域3设置16个对应的传感器定位孔4,将16个LVDT位移传感器分别布置于16个传感器定位孔4内,并将LVDT位移传感器进行编号,将长方体岩石试件对应放入到监测装置内部区域3,此时16个LVDT位移传感器均匀的分布于长方体岩石试件的各个不同区域,将LVDT传感器信号线接入数据采集箱,数据采集箱与电脑主机相连;
S3:将安装好试件的监测装置与压力机相连,压力机选用岛津AG-X250电子万能试验机,如图2所示,压力机压头与监测装置上压板1固定连接,压力机承压板与监测装置底板2固定连接,设定压力机参数,进行岩石试件的压缩试验并获取试件破坏失稳全过程的水平变形监测数据;
S4:试验结束,根据水平变形监测数据绘制试验过程中试件的水平位移随时间的变化曲线;
S5:采用Surfer图形处理软件中网格菜单(Grid)里面数据(Data)处理功能对监测到的水平位移数据进行网格化,利用克里格法(Kriging)生成网格文件,采用地图菜单(Map)里的等值线图(Contour Map)功能导入生成的网格文件,绘制等值线图;
S6:对等值线图进行色彩填充,分析岩石试件承载过程不同阶段的水平变形破坏特征。
利用上述方法,本实施例中以煤柱试件为例,通过以下步骤监测煤柱试件的水平位移并分析煤柱试件的水平变形破坏特征:
步骤1:将现场制取的煤块试样加工成长方体煤柱试件,尺寸为长180.20mm、宽59.80mm、高110.02mm;
步骤2:将加工好的煤柱试件放在监测装置内,煤柱试件与监测装置的接触面涂抹黄油以减小约束,安装固定好32个LVDT位移传感器,传感器编号为S0-S31;
步骤3:将监测装置与岛津AG-X250电子万能试验机连接,采用位移加载控制方式,加载速率为0.0002mm/s,进行煤柱试件的单轴压缩试验,监测试验过程中煤柱试件的水平位移;
步骤4:根据试验监测到的煤柱试件水平位移数据,作煤柱试件前表面的水平位移随时间变化曲线,具体如图3所示;根据试验监测数据,统计煤柱试件破坏失稳过程典型时间点的水平位移数据,煤柱试件前表面16个监测点的水平位移数据如表1所示;
表1煤柱试件破坏失稳过程典型时间点的水平位移数据(mm)
Figure BDA0002559712190000041
步骤5:将表1中煤柱试件破坏失稳过程典型时间点的水平位移数据导入Surfer图形处理软件,基于克里格法(Kriging)生成网格文件并输出典型时间点的水平位移等值线云图,具体如图4所示,根据分析需要对等值线云图色彩填充(图上未显示),以增强等值线云图的对比效果。
由此可见,本发明提供的适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法,可以对岩土工程、地下工程等相关工程的室内力学试验岩石试件的水平位移进行精确测量,可以用以分析试件表面局部区域的失稳破坏特征,分析试件由局部破坏到整体失稳的渐进破坏过程,可以为相关岩土工程室内试验、原位试验监测技术等方面提供一定的方法参考。

Claims (7)

1.一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法,其特征在于:包括如下步骤:
S1:制备用作进行压缩试验的标准岩石试件;
S2:将标准岩石试件放入监测装置内,并且在监测装置上布置若干个位移传感器用于监测岩石试件表面不同区域的水平位移数据;
S3:将装有岩石试件的监测装置放入试验压力机,进行岩石试件的压缩试验,获取试件由变形开始到失稳破坏的全过程水平位移监测数据;
S4:根据获取的全过程水平位移监测数据绘制试验过程中试件的水平位移变化曲线;
S5:将采集到的监测数据进行数据网格化,输出水平位移变化等值线图,通过岩石试件水平位移等值线云图的演化规律,分析试件的渐进破坏特征。
2.根据权利要求1所述的一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法,其特征在于:所述步骤S2中通过在岩石试件表面划线测量确定岩石表面各个测点的相对位置。
3.根据权利要求2所述的一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法,其特征在于:所述步骤S2中通过在监测装置上设置位移传感器定位孔来安装位移传感器。
4.根据权利要求1所述的一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法,其特征在于:所述步骤S2中位移传感器为LVDT位移传感器。
5.根据权利要求1所述的一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法,其特征在于:所述步骤S5中通过Surfer图形处理软件对采集到的监测数据进行数据网格化。
6.根据权利要求5所述的一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法,其特征在于:所述步骤S5中Surfer图形处理软件采用网格菜单里面的数据处理功能对监测的水平位移数据进行网格化,利用克里格法生成网格文件,采用地图菜单里的等值线图功能导入生成的网格文件,绘制等值线云图。
7.根据权利要求5所述的一种适用于分析岩石试件水平变形特征的分析方法,其特征在于:所述Surfer图形处理软件对水平位移变化等值线图进行色彩填充用于对比试件加载过程不同阶段的位移变化。
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