[发明专利]一种获取厚壁圆筒试样环形断裂的试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种获取厚壁圆筒试样环形断裂的试验方法，尤其适用于模拟深部岩石开挖工程环形断裂过程的实验，也适用于模拟如混凝土等脆性材料环形断裂过程的实验。

背景技术

国内外不少学者在深部矿山围岩破坏中发现了一种分区断裂现象。所谓分区断裂是指在深部岩体中开挖巷道时，巷道周边围岩会产生交替的破裂区和未破裂区现象。早在1980年南非就有关于Witwatersrand金矿2000m～3000m深处的巷道顶板出现分区断裂现象的报导，俄罗斯在Маяк矿山中也出现了类似的现象。应该说，我国发现深部巷道围岩分区破裂现象的时间并不晚。据已有实测资料，早在1979年李世平等在江苏徐州权台矿发现巷道锚杆不仅受拉应力作用，还受压应力作用的现象；1991年贺永年等在淮北朱仙庄矿巷道获得围岩超声波速有呈波峰—波谷—波峰状态分布的认识；1996年方祖烈等在金川矿实测巷道围岩应力应变呈压—拉—压等分布。这些现象都紧密与分区断裂现象有关。近年来，国内李术才和许宏发等分别利用矿井钻孔电视成像仪和ResiTest-4000电阻率测试仪不同测试手段在淮南千米深井巷道围岩中监测到了比较典型的分区破裂现象；张春生利用围岩超声波测试办法在锦屏电站1500m深辅助洞也发现了分区破坏结果。但目前深部巷道围岩分区破裂的研究尚处于初级阶段，其产生机制还不清楚。

显然，分区破裂现象与浅部巷道围岩状态由内往外依次为松动破裂区、塑性区和弹性区不同，与浅部岩体力学的平面弹塑性分析所得到的结果截然不同。人们对这一现象感兴趣的目的，不仅仅在于获得对这一现象的描述方法，而是希望通过该问题的研究，可以对岩石力学行为本性有更深入的认识，并且可以从中获取更合理的对付相关的地下工程稳定问题的办法。但目前还没有较好的实验方法用于分区断裂研究。

发明内容

本发明的目的是针深部巷道围岩分区断裂技术存在的问题，提供一种获取厚壁圆筒试样环形断裂的试验方法。

本发明的厚壁圆筒试样获得环形断裂的实验方法：

a.首先对试验岩体对象进行取样；

b.将取样得到的岩体制作成壁厚与其内孔半径成一定比例的厚壁圆筒试样；

c.将厚壁圆筒试样置于伺服三轴压力试验机的密闭加载室里，先施加轴压，使试样与上、下刚性加载端部紧密接触；

d.对厚壁圆筒试样的内孔及圆筒试样与加载室之间的空隙注油，直至完全充满；

e.对厚壁圆筒试样进行内压、围压及轴压三轴加载，直至设计压力值；

f.保持三向载荷的轴向荷载不变，对厚壁圆筒试样进行卸载，直至试件发生破坏。

所述的壁厚与其内孔半径之比例大于0.2；所述先施加的轴压压力约为10MPa；所述的设计压力值为同等大小内压、围压条件下三轴加载破坏时岩体三轴应力强度的70％以上。

有益效果：适用于模拟深部岩石开挖工程环形断裂过程的实验，不仅限于岩石材料，还可用于模拟如混凝土等脆性材料环形断裂过程的实验。通过加载和卸载对厚壁圆筒试件进行三轴实验，得到厚壁圆筒试件的环形断裂结果，与深部岩体开挖时出现的分区断裂现象相似，由此进行分区断裂研究并提出解决深部岩体开挖时出现的分区断裂问题应采取的相应措施，为深部巷道围岩分区断裂研究提供了一种新的途径。所得结果与浅部岩体力学所得到的巷道围岩由内往外依次为松动破裂区、塑性区和弹性区平面弹塑性分析结果截然不同。对岩石特别是深部高应力作用下的开挖卸载岩体力学行为的本性有更深刻的认识，以至于达到获得对付相关地下工程稳定问题更合理的办法。该方法简便易行，模拟效果好，在本技术领域内具有广泛的实用性。

附图说明

图1是本发明厚壁圆筒试件三轴加载示意图。

图2是图1的俯视图。

图中：p_z—轴压，p₂—围压，p₁—内压，内孔半径R₁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述：

本发明的获取厚壁圆筒试样环形断裂的试验方法：先采用带有同心钻头的岩石钻机对试验岩体对象进行取样，将岩样制作成圆筒壁厚与其内孔半径R₁之比大于0.2的厚壁圆筒试样，然后采用包含轴压系统，围压系统和内压系统的伺服三轴压力试验机，对厚壁圆筒试样进行试验，试验途径如下：