一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法技术

本发明专利技术实施例提出一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，涉及岩石力学工程技术领域，该方法包括：对从工程现场采集的岩芯加工成板状试样，试样成型后在试样的表面先后喷涂白漆和黑漆，形成人工随机散斑场；采用CT扫描机对板状试样进行扫描，得到内部缺陷特征；采用岩石压力机对板状试样进行力学试验，并在进行力学试验的过程中，采用声发射设备、高速相机及数字散斑设备，分别获得声发射演化特征、变形破坏特征及裂纹扩展特征；板状试样被破坏后，利用电子显微镜扫描板状试样的破裂面端口处，获得岩石断口细观形貌特征样本。本发明专利技术实施例所提供的一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，能够提升探索岩石破坏特征及破坏机制的协同性。

A test method for rock fracture evolution and failure characteristics

The embodiment of the invention provides a test method for rock fracture evolution and failure characteristics, which relates to the field of rock mechanics engineering technology. The method comprises: processing the core collected from the project site into a plate-like sample, spraying white and black paint successively on the surface of the sample after forming, forming an artificial random speckle field; and adopting CT scanning. The internal defect characteristics of the plate specimens were obtained by scanning the plate specimens, and the mechanical tests of the plate specimens were carried out by rock press. After the fracture of the flattened specimen, the fracture surface of the flattened specimen is scanned by electron microscope to obtain the sample of the micro-morphology characteristics of the rock fracture surface. The embodiment of the invention provides a test method for rock failure evolution and failure characteristics, which can enhance the synergy of exploring rock failure characteristics and failure mechanism.

【技术实现步骤摘要】
一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法
本专利技术涉及岩石力学工程
，具体而言，涉及一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法。
技术介绍
围岩破裂和破坏问题是困扰我国水电、水利、交通以及深地能源和资源开发利用的关键难题。锦屏二级水电站深埋引水隧洞、锦屏极深暗物质地下实验室、引汉济渭、白鹤滩水电站、义马煤矿、二道沟金矿等工程建设或开采中均因频繁遭遇高应力灾害问题而蒙受大量经济损失，深部高应力下地下工程破坏与灾害问题无法回避。大量工程实践表明，岩石工程的失稳通常是在外力作用下内部裂隙闭合、起裂、扩展以及贯通并最终导致破坏的结果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，能够提升探索岩石破坏特征及破坏机制的协同性。为了实现上述目的，本专利技术实施例采用的技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，所述方法包括：对从工程现场采集的岩芯加工成板状试样，试样成型后在试样的表面先后喷涂白漆和黑漆，形成人工随机散斑场；采用CT扫描机对板状试样进行扫描，得到内部缺陷特征；采用岩石压力机对板状试样进行力学试验，并在进行力学试验的过程中，采用声发射设备、高速相机及数字散斑设备，分别获得声发射演化特征、变形破坏特征及裂纹扩展特征；板状试样被破坏后，利用电子显微镜扫描板状试样的破裂面端口处，获得岩石断口细观形貌特征样本。进一步地，板状试样的高宽比为2:1。进一步地，板状试样的高宽厚分别为50mm、25mm及10mm。进一步地，CT扫描机对板状试样进行扫描时，沿板状试样的高度方向自上而下每隔1mm扫描一层。进一步地，岩石压力机的位移加载速率为0.001～0.002mm/s。进一步地，岩石压力机的位移加载速率为0.001mm/s。进一步地，声发射设备的振幅门槛值为40dB，且声发射设备的传感器尺寸与板状试样的尺寸相匹配。进一步地，在板状试样被破坏前，高速相机的拍摄帧率为50张/s，在临近破坏时高速相机的拍摄帧率为1500张/s。进一步地，在采用岩石压力机对板状试样进行力学试验，并在进行力学试验的过程中，采用声发射设备、高速相机及数字散斑设备，分别获得声发射演化特征、变形破坏特征及裂纹扩展特征的步骤之前，所述方法还包括：采用偏光显微镜对岩石薄片进行观察，得到矿物结构构造特征、矿物颗粒大小及矿物成分。进一步地，岩石薄片的高宽厚分别为30mm、20mm及0.3mm。相对于现有技术，本专利技术实施例所提供的一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，通过利用CT扫描机对板状试样，得到板状试样的内部缺陷特征后，再利用岩石压力机、声发射设备、高速相机及数字散斑设备，获得板状试样受载过程中的力学变化规律、裂纹演化规律、声发射演化特征，并用电子显微镜扫描板状试样的破裂面端口处，获得岩石断口细观形貌特征样本，以便对该岩石断口细观形貌特征样本进行分析，得到岩石的破坏特征及破坏机制，相比于现有技术，高效快捷，能够提升探索岩石破坏特征及破坏机制的协同性。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。图1示出了本专利技术实施例所提供的一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法的一种示意性流程图；图2为板状试样的实物和散斑对比图；图3为岩芯CT扫描示意图；图4为岩石试样应力、声发射和破裂演化过程示意图；图5为岩石断口细观形貌特征样本示意图；图6为岩石偏光显微镜照片示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。下面结合附图，对本专利技术的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。岩石本身是一种非常复杂的非均匀材料，包含了从微观到宏观各种尺度的缺陷，在荷载作用下岩石的裂纹扩展规律极其复杂，人们对岩石裂纹扩展的内在机制还没有完全理解和掌握；另一方面，目前对于受载状态下岩石的破裂演化过程和破坏特征的探索往往采用单一的试验方法，每种方法都有自身的不足和局限性，很难通过单一的方法全面的掌握和系统的了解。请参阅图1，图1示出了本专利技术实施例所提供的一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法的一种示意性流程图，在本专利技术实施例中，该岩石破裂演化和破坏特征试验方法包括以下步骤：步骤S100，对从工程现场采集的岩芯加工成板状试样，试样成型后在试样的表面先后喷涂白漆和黑漆，形成人工随机散斑场。在制造岩石断口细观形貌特征样本时，首先对从工程现场采集的岩石或者岩芯进行加工，得到板状试样，比如说，从地下厂房洞群的工程现场采集的岩芯，加工得到的板状试样上下端面平整，且高宽比为2:1，保证受载的过程中产生二维破裂状态时不至于产生较大弯曲和曲外变形，实现以试件表面裂纹的精细化量测来表征内部裂纹的变化形态。具体地，作为一种实施方式，板状试样的高宽厚分别为50mm、25mm及10mm。得到板状试样后，在板状试样的表面，分别先后喷涂白漆和黑漆，形成人工随机散斑场。比如，请参阅图2，图2为板状试样的实物和散斑对比图，其中，图2(1)为板状试样的实物图，图2(2)为板状试样的散斑图。步骤S200，采用CT扫描机对板状试样进行扫描，得到内部缺陷特征。在加载压力试验前，需要获知板状试样的内部缺陷特征，以观察板状试样材料的细观结构及损伤演化特性等，进而获得岩石内部结构信息。在本专利技术实施例中，利用西门子SOMATOMSensation40CT机对岩芯试样进行扫描，以得到板状试样的内部缺陷特征。其中，在利用CT扫描机对板状试样进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，其特征在于，所述方法包括：对从工程现场采集的岩芯加工成板状试样，试样成型后在试样的表面先后喷涂白漆和黑漆，形成人工随机散斑场；采用CT扫描机对板状试样进行扫描，得到内部缺陷特征；采用岩石压力机对板状试样进行力学试验，并在进行力学试验的过程中，采用声发射设备、高速相机及数字散斑设备，分别获得声发射演化特征、变形破坏特征及裂纹扩展特征；板状试样被破坏后，利用电子显微镜扫描板状试样的破裂面端口处，获得岩石断口细观形貌特征样本。

【技术特征摘要】
1.一种岩石破裂演化和破坏特征试验方法，其特征在于，所述方法包括：对从工程现场采集的岩芯加工成板状试样，试样成型后在试样的表面先后喷涂白漆和黑漆，形成人工随机散斑场；采用CT扫描机对板状试样进行扫描，得到内部缺陷特征；采用岩石压力机对板状试样进行力学试验，并在进行力学试验的过程中，采用声发射设备、高速相机及数字散斑设备，分别获得声发射演化特征、变形破坏特征及裂纹扩展特征；板状试样被破坏后，利用电子显微镜扫描板状试样的破裂面端口处，获得岩石断口细观形貌特征样本。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，板状试样的高宽比为2:1。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，板状试样的高宽厚分别为50mm、25mm及10mm。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，CT扫描机对板状试样进行扫描时，沿板状试样的高度方向自上而下每隔1mm扫描一层。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，岩石压力机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传庆，刘振江，张春生，高阳，周辉，胡大伟，卢景景，
申请(专利权)人：中国科学院武汉岩土力学研究所，中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42