一种岩石渗流-应力耦合剪切流变试验的测试方法技术

本发明专利技术公开了一种岩石渗流-应力耦合剪切流变试验的测试方法，将岩样放入渗流-应力耦合剪切流变试验盒中上、下部试验盒之间形成的中空圆柱筒内，上、下部试验盒的接触面为斜面，对密封套筒施加围压固定，向上部试验盒顶端的承压面施加轴压，上、下部试验盒分别设有从上、下表面引至接触面的渗水孔并施加渗压，根据下部试验盒底部安装的应变计得到的水平应变换算出岩样的剪切应变。本发明专利技术可通过施加轴向压力来进行倾斜角度下的渗流-应力耦合剪切流变试验，通过轴压与剪切面的倾角即剪切角度α来换算剪切应力，并通过下部试验盒底端应变计与剪切角度α换算渗流-应力耦合剪切流变量，对定量研究岩石在渗透-应力耦合条件下的剪切流变特性问题具有参考价值。

【技术实现步骤摘要】
一种岩石渗流-应力耦合剪切流变试验的测试方法
本专利技术涉及岩石力学与工程领域，具体涉及一种岩石渗流-应力耦合剪切流变试验。
技术介绍
岩石渗透特性的研究是目前岩石力学一个重要的研究课题，具有非常重要的工程背景和意义，例如坝基、隧道或洞穴的挖掘、油气开采等，地下水是影响岩石工程稳定的重要因素。岩石渗流-应力耦合条件下的剪切试验是研究工程中地震、滑坡等产生机理的基础，因此受到国内外岩石力学工作者的重视。岩石的流变破坏普遍存在，许多岩体工程的破坏都因岩石的流变破坏而引起。岩石的流变试验是研究岩石在长期荷载作用下力学特性的基本手段，开展岩石渗流-应力耦合条件下的剪切流变试验可以定性和定量地研究剪切流变试验中的渗流-应力耦合问题。目前针对岩石剪切流变的试验中，大多采用水平加载的形式研究水平剪切面，还没有进行垂直加载下带有不同角度的剪切流变试验。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种岩石渗流-应力耦合剪切流变试验的测试方法，解决岩石在倾斜角度下渗流-应力耦合剪切流变的测试技术问题。技术方案：本专利技术提供了一种岩石渗流-应力耦合剪切流变试验的测试方法，包括以下步骤：(1)将岩样放入渗流-应力耦合剪切流变试验盒中上、下部试验盒之间形成的中空圆柱筒内，上、下部试验盒的接触面为斜面，所述渗流-应力耦合剪切流变试验盒置于密封套筒内，放入岩石三轴试验仪上进行固定；(2)对密封套筒施加围压固定，保证试验盒只在套筒内部发生滑移变化；(3)向上部试验盒顶端的承压面施加轴压；(4)上、下部试验盒分别设有从上、下表面引至接触面的渗水孔，通过渗水孔向岩样施加渗压；(5)根据下部试验盒底部安装的应变计得到的水平应变换算出岩样的剪切应变。进一步，上、下部试验盒接触面的斜角即为剪切角度α，剪切应力通过轴压与剪切角度α进行换算得到。进一步，所述下部试验盒外壁沿周向2/3的部分设有由弹性变形材料填充的凹陷，下部试验盒的底部安装有滑槽，应变计置于滑槽内，为下部试验盒的水平变形滑动提供空间。进一步，所述凹陷的深度为下部试验盒所允许的最大水平位移量。进一步，所述下部试验盒渗水孔的渗压大于上部试验盒渗水孔的渗压，渗压差即为剪切流变试验中的渗压。进一步，对岩样施加稳定的渗压值并保持24小时。为了保证渗压施加方向沿岩样对称，所述上、下部试验盒的渗水孔沿接触面的中心中心对称。进一步，所述渗水孔沿接触面向外延伸的位置设有防水凹槽，凹槽内部有防水垫层，上、下部试验盒在与防水凹槽相对应的位置设有与凹槽相适配的凸起件，用于防止渗透水向除剪切面方向外其余方向渗透。为了保证岩样与试验盒贴合匹配，不留空隙，所述中空圆柱筒内放置高性能橡胶套，橡胶套内径与岩样的外径相同。进一步，所述密封套筒为铜质材料，用于固定上、下部试验盒，保证上部试验盒只沿轴向运动。有益效果：本专利技术提供了一种渗流-应力耦合剪切流变试验的测试方法，可以通过施加轴向压力来进行倾斜角度下的渗流-应力耦合剪切流变试验，通过轴压与剪切面的倾角即剪切角度α来换算剪切应力，并通过下部试验盒底端应变计与剪切角度α换算渗流-应力耦合剪切流变量，对定量研究岩石在渗透-应力耦合条件下的剪切流变特性问题具有参考价值。附图说明图1为本专利技术测试方法中装置的轴向剖面图；图2为本专利技术测试方法中装置的顶部平面图；图3为本专利技术测试方法中装置的底部平面图；图4为上部试验盒剪切面平面图；图5为下部试验盒剪切面平面图。具体实施方式下面对本专利技术技术方案进行详细说明，但是本专利技术的保护范围不局限于所述实施例。实施例：一种渗流-应力耦合剪切流变试验的测试方法，如图1～5所示，渗流-应力耦合剪切流变试验盒由以斜面作为接触面的上、下部试验盒1、2组成，该接触面即为具有一定剪切角度α的剪切面，上、下部试验盒1、2之间形成中空圆柱筒，中空圆柱筒内放置高性能橡胶套4、6，橡胶套4、6内径与岩样8的外径相同。将岩样8放入渗流-应力耦合剪切流变试验盒中，然后将渗流-应力耦合剪切流变试验盒放入铜质的密封套筒12内，并放入岩石三轴试验仪上进行固定，进行围压、渗压的施加，最后施加轴压进行渗流-应力耦合剪切流变试验。首先对密封套筒12施加围压固定，上部试验盒1包括的顶面为平整的承压面3，对其施加轴压。上、下部试验盒2分别设有从上、下表面引至剪切面的渗水孔5、7对岩样8施加渗压，两个渗水孔5、7沿剪切面的中心中心对称。渗水孔5、7在剪切面上向外延伸的位置设有防水凹槽13，凹槽13内部有防水垫层，上、下部试验盒2在接触面上与防水凹槽13相对应的位置设有与凹槽13相适配的凸起件14，防止渗透水向除剪切面方向外其余方向渗透。下部试验盒2的外壁沿周向2/3的部分设有凹陷9，凹陷9由弹性变形材料填充，且下部试验盒2的底部对应的安装有滑槽10，应变计11置于滑槽10内，用于测量下部试验盒2在试验中的水平应变，并通过剪切角度α来换算岩样8的剪切应变。具体实施步骤如下：①用取芯钻具获取地下岩芯试样，选取完好、无损、原始的内部结构完整的岩芯试样，加工成高度为100mm、直径为50mm的标准圆柱形岩样8。②渗流-应力耦合剪切流变试验盒内部中空圆柱筒内部放置高性能橡胶套4、6，将岩样放入高性能橡胶套4、6中，然后将整个试验盒放入密封套筒12，再放入岩石三轴试验仪上进行固定，外部施加围压使套筒保持固定。③对岩样8施加渗压至稳定值持续24小时，其中下部试验盒2的渗压大于上部试验盒1的渗压，渗压差即为剪切流变试验中的渗压。④对试验盒顶端承压面3施加轴向压力来进行剪切流变试验，剪切应力可通过轴压与剪切角度α进行换算得到。⑤利用下部试验盒2的应变计11测量下部试验盒2的水平应变变形，再通过剪切角度α换算渗流-应力耦合下的剪切应变量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种岩石渗流‑应力耦合剪切流变试验的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将岩样放入渗流‑应力耦合剪切流变试验盒中上、下部试验盒之间形成的中空圆柱筒内，上、下部试验盒的接触面为斜面，所述渗流‑应力耦合剪切流变试验盒置于密封套筒内，放入岩石三轴试验仪上进行固定；（2）对密封套筒施加围压固定；（3）向上部试验盒顶端的承压面施加轴压；（4）上、下部试验盒分别设有从上、下表面引至接触面的渗水孔，通过渗水孔向岩样施加渗压；（5）根据下部试验盒底部安装的应变计得到的水平应变换算出岩样的剪切应变。

【技术特征摘要】
1.一种岩石渗流-应力耦合剪切流变试验的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）将岩样放入渗流-应力耦合剪切流变试验盒中上、下部试验盒之间形成的中空圆柱筒内，上、下部试验盒的接触面为斜面，所述渗流-应力耦合剪切流变试验盒置于密封套筒内，放入岩石三轴试验仪上进行固定；（2）对密封套筒施加围压固定；（3）向上部试验盒顶端的承压面施加轴压；（4）上、下部试验盒分别设有从上、下表面引至接触面的渗水孔，通过渗水孔向岩样施加渗压；（5）根据下部试验盒底部安装的应变计得到的水平应变换算出岩样的剪切应变，所述下部试验盒外壁沿周向2/3的部分设有由弹性变形材料填充的凹陷，下部试验盒的底部安装有滑槽，应变计置于滑槽内，为下部试验盒的水平变形滑动提供空间。2.根据权利要求1所述的岩石渗流-应力耦合剪切流变试验的测试方法，其特征在于：上、下部试验盒接触面的斜角即为剪切角度α，剪切应力通过轴压与剪切角度α进行换算得到。3.根据权利要求1所述的岩石渗流-应力耦合剪切流变试验的测试方法，其特征在于：所述凹陷的深度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘琳，徐卫亚，王环玲，王如宾，王伟，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32