一种岩石在压缩条件下的启裂强度确定方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术适用于为地下工程服务的岩石力学试验。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及，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。本专利技术适用于为地下工程服务的岩石力学试验。【专利说明】
本专利技术涉及，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。
技术介绍
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:(I)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；⑶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(Ocd)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(Commiss1n on Spall Predict1ns)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。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术，依次包括以下步骤: (I)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σ I对应下的轴向应变S1和环向应变ε3数据； (3)获得体积应变 ε ν= ε !+2 ε 3 ； (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σ，所述裂隙损伤强度σ。<!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σ μ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h和环向应变^3数据通过在所述岩石试件上安装轴向和环向引伸计米集。 (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。 本专利技术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，本专利技术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。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术单轴压缩条件下应变与轴向应力的关系曲线图； 图2为本专利技术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为本专利技术三轴压缩条件下(围压为20MPa)应变与轴向应力的关系曲线图； 图4为本专利技术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专利技术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(ε ^与轴向应力(σ J关系曲线1和环向应变(ε3)与轴向应力(0l)关系曲线2，得到试件的体积应变(εν)，εν=ει+2ε3，其中h为正值，ε 3为负值。 (6)如图1所示，根据步骤(5)所得结果，绘制体积应变ε ν与轴向应力σ i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(σ μ)。 (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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵星光，马利科，谢敬礼，宗自华，苏锐，王驹，
申请(专利权)人：核工业北京地质研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11