含损伤裂隙系统岩石试件的制备方法技术方案

本发明专利技术公开了一种含损伤裂隙系统岩石试件的制备方法。包括以下步骤：将完整岩块制作成直径50mm、高度100mm的标准岩石试样；对标准岩石试样进行单轴压缩试验，得到标准岩石试样的单轴极限抗压强度；以小于极限抗压强度的轴向荷载对岩石标准试样进行预压，使岩石试样在荷载的作用下产生损伤裂隙系统；荷载的力加载速率(不超过)0.2kN/s；达到预定值后保持轴向荷载不变，持续2min后卸载。通过对试样施加不大于单轴抗压强度的任一轴向荷载，即可得到含有相应损伤裂隙系统的岩石试件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于岩石材料制备
，具体涉及一种含损伤裂隙系统岩石试件的制 备方法。
技术介绍
岩石形成于一定的地质历史时期，并经历过亿万年地质营力的改造，不可避免地 存在许多宏观、细观裂纹和缺陷，即损伤。从本质上讲，损伤是材料内部裂纹、孔洞、滑移、错 位等微观缺陷的形成、发展和演化过程。材料的损伤和破坏即是内部大量微裂纹的扩展和 贯穿而导致岩石宏观性能劣化乃至失效、破坏的过程。而在实际工程中，由于爆破、加载、开 挖卸荷等工程扰动的影响，又不可避免地会在原岩基础上产生新的损伤裂隙，对岩体的力 学特性造成不利影响。如公路、铁路、水利等工程建设中，开挖卸荷作用下大型岩质高边坡 的稳定性，爆破开挖作用下隧道、水利水电工程地下厂房、地下能源战略储备洞库等围岩的 稳定性等，都涉及到经受工程扰动（损伤）作用后岩石的物理、力学特性问题。目前，在岩 石力学领域，制作能够表征岩石初始损伤的试件是岩石力学损伤特性试验研究的关键技术 之一。如何在室内通过人工方法米用新鲜岩石制备含有一定损伤裂隙系统的岩石试件，成 为岩石损伤特性研究中的一个难题。 目前，国内外学者对含初始损伤裂隙标准岩石试件的制作方法进行了大量探索， 如REYES0(1991)、SHENB(1995)、ROBETA(1998)、朱维申（1998)、WONGRHC(2001)、陈 卫忠（2003)等采用预埋薄金属片法在类岩石材料中制造穿透裂隙，刘东燕（1994)、李银平 (2003)等采用切割法在真实岩石中预制裂隙。上述方法制造的裂隙都是贯通裂隙，与实际 工程中许多裂隙为非贯通裂隙的情况不符。为此，A.V.Dyskin(2003)、ESahouryeh(2002) 采用低温树脂等透明材料对内置三维裂隙扩展及其相互作用进行了系统的试验研究，李廷 春（2004)、任建喜（2005)、郭彦双（2007)等采用在试件上人为预制裂纹的方法模拟节理岩 体，并通过压缩试验研究了裂纹扩展机理。王国艳（2009)采用在水泥砂浆中加椭圆形聚酯 薄膜片的方式，在混凝土中形成非连续面，以模拟岩体中的非贯通单裂隙。 上述方法均采用人为预制宏观裂隙，在岩石内部或表面形成损伤裂隙，模拟工程 扰动对岩石造成的初始损伤，然而，这种方法存在明显的缺陷和不足。一方面，工程扰动产 生的初始裂隙，多数情况下为微观裂隙，而人为制造的裂隙为宏观裂隙，二者在尺度上存在 明显差别；另一方面，无论是冲击荷载、静载还是循环荷载，导致岩石产生的损伤裂隙，其几 何特征及空间分布特征都具有随机性，而人为制造的裂隙则是按照一定的试验目的预先设 置好的，这与实际岩石损伤裂隙的形态及发展形式明显不符，因而这些初始损伤裂隙生成 方法存在明显的缺陷和不足。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术的不足，提供一种制备含一定损伤裂隙系统的岩石 试样的方法，其效果更加符合实际岩石损伤裂隙的形态及发展形式。 为达到上述目的，采用技术方案如下： ，包括以下步骤： 1)将完整岩块制作成直径50mm、高度100mm的标准岩石试样； 2)对标准岩石试样进行单轴压缩试验，得到标准岩石试样的单轴极限抗压强度； 3)以小于极限抗压强度的轴向荷载对岩石标准试样进行预压，使岩石试样在荷载 的作用下产生损伤裂隙； 4)达到预定值后保持轴向荷载不变，持续2min后卸载。 按上述方案，步骤3)中对岩石标准试样的预压荷载不超过单轴极限抗压强度的 90%。 按上述方案，步骤2)单轴压缩试验和步骤3)预压荷载的加载速率不大于0.2kN/ So 本专利技术的有益效果在于： (1)实现了在实验室制备含有一定裂隙系统的岩石试件，以模拟工程扰动对岩石 造成的损伤，可用于研究遭受一定损伤作用后岩石的物理、力学、水理等特性。 (2)该方法得到的岩石损伤裂隙系统，基本符合岩石在外部荷载作用下微裂隙的 扩展规律，与实际岩石损伤裂隙系统较为一致。 【附图说明】 图1 :片理面倾角为45°的饱和片岩试样单轴压缩试验应力-应变曲线。 【具体实施方式】 以下实施例进一步阐释本专利技术的技术方案，但不作为对本专利技术保护范围的限制。 本专利技术含损伤裂隙系统岩石试件的制备过程如下： 1)将完整岩块制作成直径50mm、高度100mm的标准岩石试样； 2)对标准岩石试样进行单轴压缩试验，得到标准岩石试样的单轴极限抗压强度； 3)以小于极限抗压强度的轴向荷载对岩石标准试样进行预压，使岩石试样在荷载 的作用下产生损伤裂隙；荷载的力加载速率小于〇. 2kN/s; 4)达到预定值后保持轴向荷载不变，持续2min后卸载。 参照附图1所示，片理面倾角为45°的饱和片岩试样单轴压缩试验应力-应变曲 线。可以看出，压缩过程中岩石经历了压密、弹性变形、屈服和破坏四个阶段。其中，0A为 初始压密阶段，该阶段片岩矿物颗粒沿加载方向发生整体不等量位移，试样逐渐被压密，原 有空隙被矿物颗粒填充和挤压密实。AB为弹性变形段，该阶段主要表现为矿物颗粒间的相 互挤压，没有新裂纹产生和原始缺陷的生长、扩展，宏观上表现为弹性变形。BC为分布微裂 纹形成阶段，随着荷载的增加，岩样的某些部位产生局部应力集中，并由此形成新的微裂纹 或起始扩展裂纹，应力集中的反复形成与消弛逐渐形成一些分布微裂纹。CD段为应力经过 BC段的调整以后，整体应力逐渐提高阶段，该阶段是贯通性主裂纹形成的主要蕴育阶段。D 点为试样破坏点，接近该点时，分叉裂纹逐渐增多，主裂纹稳定持续扩展并贯通。 为探索经受不同损伤程度的岩石试件力学特性，首先取3个饱和试样，通过单 轴试验得到试样的极限抗压强度，分别为36. 430MPa、42. 148MPa、46. 357MPa，平均值为 41. 645MPa。按照上述初始裂隙生成方法，分别采用饱和极限抗压强度20%、40%、60%、 80 %的轴向荷载对上述片岩标准试件进行预压，然后分别通过三轴试验测试经过预压之后 片岩试样的单轴极限抗压强度，结果如下：本文档来自技高网...

【技术保护点】
含损伤裂隙系统岩石试件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)将完整岩块制作成直径50mm、高度100mm的标准岩石试样；2)对标准岩石试样进行单轴压缩试验，得到标准岩石试样的单轴极限抗压强度；3)以小于极限抗压强度的轴向荷载对岩石标准试样进行预压，使岩石试样在荷载的作用下产生损伤裂隙；4)达到预定值后保持轴向荷载不变，持续2min后卸载。

【技术特征摘要】
1. 含损伤裂隙系统岩石试件的制备方法，其特征在于包括以下步骤： 1) 将完整岩块制作成直径50_、高度100mm的标准岩石试样； 2) 对标准岩石试样进行单轴压缩试验，得到标准岩石试样的单轴极限抗压强度； 3) 以小于极限抗压强度的轴向荷载对岩石标准试样进行预压，使岩石试样在荷载的作 用下产生损伤裂隙； 4) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏鄂川，王章琼，谭立勤，王鲁男，高旭，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北;42