软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法技术

本发明专利技术公开了一种软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法，属于岩石力学与工程领域，提供一种快速、准确地进行软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法。本发明专利技术以“软碎岩体原状试样三轴压缩试验用围压装置”为基础，提供一套基于该装置获得软碎岩体变形试验数据分析计算方法，以快速、准确的获得岩体变形参数试验结果，使得岩体变形参数的试验更加简单，易于操作。尤其适用于软碎岩体原状试样三轴压缩试验。

【技术实现步骤摘要】
软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法
本专利技术涉及岩石力学与工程领域，尤其涉及一种软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法。
技术介绍
岩体变形参数主要包括变形模量和泊松比，岩体变形模量是判断岩体变形特征的一项重要参数，是岩体稳定性分析、水工支护设计和工程地质定量评价的重要依据。岩体变形模量是在部分侧限条件下的应力增量与应变增量的比值；泊松比是指岩体试样的横向正应变与轴向正应变的绝对值之比值。目前，对应大型工程，岩体变形参数通常采用现场载荷试验结果计算获得。现场载荷试验首先需在现场进行试点制备，试点面积不小于2000cm2，再现场安装液压千斤顶、环形液压枕、液压泵、压力表、刚性承压板、传力柱、以及测量系统，最后分级加载，通过记录试验压力和岩体变形量来计算岩体的变形模量。现场载荷试验虽能较真实地反映岩体的变形特性，但现场载荷试验存在试验设备笨重、历时长、费用高等缺点。对于中小型工程，岩体变形模量一般采用室内岩石试验成果间接估算岩体变形参数。室内岩石试验与现场载荷试验比较，具有设备简单，耗时短，费用低等优点，但由于岩体中存在各种类型不同、规模不等的结构面，以及受天然应力和地下水等环境因素的影响，岩体与岩块的力学参数有显著的差别，尤其是碎裂岩体难以取原状样进行室内岩石试验，其变形参数取值难度较大。在文献号为CN212722300U的专利文献(以下简称文献一)，公开了一种方便对软碎岩体原状试样进行三轴压缩试验的“软碎岩体原状试样三轴压缩试验用围压装置”，但是该装置缺少一套完整的软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法，还缺少一套对试验数据的计算处理过程，以快速、准确的获得岩体变形参数。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种快速、准确地进行软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法，采用如下围压装置进行试验，所述围压装置钢内筒和钢外筒，所述钢外筒套设在钢内筒的外周；沿钢内筒的轴向，在钢内筒正中位置的外周表面上设置有若干第一应变传感器，各第一应变传感器沿钢内筒的周向间隔分布设置；沿钢外筒的轴向，在钢外筒正中位置的外周表面上设置有若干第二应变传感器，各第二应变传感器沿钢外筒的周向间隔分布设置；在钢外筒和钢内筒之间填充有用于受力传递的填充层；所述软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法包括如下步骤：第一步、将取样后带有软碎岩体原状试样的围压装置放置到加载装置上，同时将各第一应变传感器和各第二应变传感器分别与数据采集装置连接以进行数据采集；第二步、通过加载装置对围压装置进行分级加载，每级加载后稳压一定时间，然后分别记录每一级加载所对应的数据：F、εθ2、εθ1、ε⊥2和△l；其中，F为加载的荷载值，εθ1为钢外筒环向应变值，εθ2为钢内筒环向应变值，ε⊥2为钢内筒轴向应变值，△l为当前级加载的荷载作用下试样的压缩量；第三步、根据每一级加载对应的数据分别进行如下计算：A、计算钢内筒内壁应力：其中，E1为钢外筒弹性模量，μ1为钢外筒泊松比，E2为钢内筒弹性模量，μ2为钢内筒泊松比；a1为钢外筒内半径，b1为钢外筒外半径，a2为钢内筒内半径，b2为钢内筒外半径；B、计算试样泊松比μr：其中，l1为钢内筒1长度的一半；C、计算试样压缩模量Es：其中，l2为试样原长的一半；D、计算试样的变形模量E0：进一步的是：第一应变传感器设置有四组，四组第一应变传感器沿钢内筒的周向等角度分布设置。进一步的是：每组第一应变传感器包括两个环向应变片和一个轴向应变片。进一步的是：第二应变传感器设置有四组，四组第二应变传感器沿钢外筒的周向等角度分布设置。进一步的是：每组第二应变传感器包括两个环向应变片和一个轴向应变片。进一步的是：在第二步中，通过加载装置对围压装置进行分级加载，加载级数设置为八级，其中第一级加载为F＝100kN，并且逐级递增荷载为100kN。进一步的是：每级加载后的稳压时间为5～15min。进一步的是：加载装置采用济南时代试金试验机有限公司生产的WAW-1000C微机控制电液伺服万能试验机。本专利技术的有益效果是：本专利技术以文献一中的“软碎岩体原状试样三轴压缩试验用围压装置”为基础，提供一套基于该装置获得软碎岩体的试验数据分析计算方法，以快速、准确的获得岩体变形参数试验结果，使得岩体变形参数的试验更加简单，易于操作。尤其适用于软碎岩体原状试样三轴压缩试验。附图说明图1为本专利技术中的软碎岩体原状试样加载的示意图；图2为钢内筒展开后的各第一应变传感器的设置位置示意图；图3为钢外筒展开后的各第二应变传感器的设置位置示意图；图4为专利技术中的软碎岩体原状试样受力推到过程中的受力示意图；图5为钢内筒的受力示意图；图6为钢外筒的受力示意图；图中标记为：钢内筒1、填充层2、钢外筒3、第一应变传感器4、第二应变传感器5、试样6、围压装置的压力部7、围压装置的支撑部8。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进一步说明。需要说明，若本专利技术中有涉及方向性指示用语，如上、下、左、右、前、后的方向、方位用语，是为了利于构件间相对位置联系的描述，非为相关构件、构件间位置关系的绝对位置特指，仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。若本专利技术中有涉及数量的用语，如“多”、“多个”、“若干”等，具体指的是两个及两个以上。如图1至图3中所示，本专利技术所述的软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法，采用如下围压装置进行试验，所述围压装置钢内筒1和钢外筒3，所述钢外筒3套设在钢内筒1的外周；沿钢内筒1的轴向，在钢内筒1正中位置的外周表面上设置有若干第一应变传感器4，各第一应变传感器4沿钢内筒1的周向间隔分布设置；沿钢外筒3的轴向，在钢外筒3正中位置的外周表面上设置有若干第二应变传感器5，各第二应变传感器5沿钢外筒3的周向间隔分布设置；在钢外筒3和钢内筒1之间填充有用于受力传递的填充层2；所述软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法包括如下步骤：第一步、将取样后带有软碎岩体原状试样的围压装置放置到加载装置上，同时将各第一应变传感器4和各第二应变传感器5分别与数据采集装置连接以进行数据采集；第二步、通过加载装置对围压装置进行分级加载，每级加载后稳压一定时间，然后分别记录每一级加载所对应的数据：F、εθ2、εθ1、ε⊥2和△l；其中，F为加载的荷载值，εθ1为钢外筒环向应变值，εθ2为钢内筒环向应变值，ε⊥2为钢内筒轴向应变值，△l为当前级加载的荷载作用下试样的压缩量；第三步、根据每一级加载对应的数据分别进行如下计算：A、计算钢内筒内壁应力：其中，E1为钢外筒弹性模量，μ1为钢外筒泊松比，E2为钢内筒弹性模量，μ2为钢内筒泊松比；a1为钢外筒内半本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法，其特征在于：采用如下围压装置进行试验，所述围压装置钢内筒(1)和钢外筒(3)，所述钢外筒(3)套设在钢内筒(1)的外周；沿钢内筒(1)的轴向，在钢内筒(1)正中位置的外周表面上设置有若干第一应变传感器(4)，各第一应变传感器(4)沿钢内筒(1)的周向间隔分布设置；沿钢外筒(3)的轴向，在钢外筒(3)正中位置的外周表面上设置有若干第二应变传感器(5)，各第二应变传感器(5)沿钢外筒(3)的周向间隔分布设置；在钢外筒(3)和钢内筒(1)之间填充有用于受力传递的填充层(2)；所述软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法包括如下步骤：/n第一步、将取样后带有软碎岩体原状试样的围压装置放置到加载装置上，同时将各第一应变传感器(4)和各第二应变传感器(5)分别与数据采集装置连接以进行数据采集；/n第二步、通过加载装置对围压装置进行分级加载，每级加载后稳压一定时间，然后分别记录每一级加载所对应的数据：F、ε

【技术特征摘要】
1.软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法，其特征在于：采用如下围压装置进行试验，所述围压装置钢内筒(1)和钢外筒(3)，所述钢外筒(3)套设在钢内筒(1)的外周；沿钢内筒(1)的轴向，在钢内筒(1)正中位置的外周表面上设置有若干第一应变传感器(4)，各第一应变传感器(4)沿钢内筒(1)的周向间隔分布设置；沿钢外筒(3)的轴向，在钢外筒(3)正中位置的外周表面上设置有若干第二应变传感器(5)，各第二应变传感器(5)沿钢外筒(3)的周向间隔分布设置；在钢外筒(3)和钢内筒(1)之间填充有用于受力传递的填充层(2)；所述软碎岩体原状试样三轴压缩试验方法包括如下步骤：
第一步、将取样后带有软碎岩体原状试样的围压装置放置到加载装置上，同时将各第一应变传感器(4)和各第二应变传感器(5)分别与数据采集装置连接以进行数据采集；
第二步、通过加载装置对围压装置进行分级加载，每级加载后稳压一定时间，然后分别记录每一级加载所对应的数据：F、εθ2、εθ1、ε⊥2和△l；其中，F为加载的荷载值，εθ1为钢外筒环向应变值，εθ2为钢内筒环向应变值，ε⊥2为钢内筒轴向应变值，△l为当前级加载的荷载作用下试样的压缩量；
第三步、根据每一级加载对应的数据分别进行如下计算：
A、计算钢内筒内壁应力：



其中，E1为钢外筒弹性模量，μ1为钢外筒泊松比，E2为钢内筒弹性模量，μ2为钢内筒泊松比；a1为钢外筒内半径，b1为钢外筒外半径，a2为钢内筒内半径，b2为钢内筒外半径；
B、计算试样泊松比μr：



其中，l1为内钢筒长度的一半；
C、计算试样压缩模量Es：

【专利技术属性】
技术研发人员：魏星灿，崔长武，杨晨光，许韬，张景顺，李小泉，
申请(专利权)人：中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51