[发明专利]一种深埋硬岩力学参数变化规律与取值的测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及深埋硬岩力学研究技术领域，具体地指一种深埋硬岩力学参数变化规律与取值的测定方法。

技术背景

深埋硬岩地下洞室在开挖加卸载过程中，在围岩一定深度范围内易形成开挖损伤区（excavation damaged zone，简称EDZ）。这种洞室EDZ的形成是爆破开挖震动且耦合地应力的强烈释放的共同作用所导致。在EDZ内部的岩体中，原生节理裂隙逐步扩展，新裂隙不断产生，导致岩体力学行为发生明显变化，同时伴随着EDZ内部围岩承载能力随岩体损伤的增加而降低。在这一过程中，EDZ内部的岩石力学参数如变形参数和强度参数也相应发生改变，如何测定和评估岩石力学参数的这一变化过程与规律，并获得相应的力学参数取值是目前尚未有效解决的技术难题。另外，岩石力学参数的变化规律与取值对深埋硬岩地下洞室围岩稳定性的评价工作具有重要意义，可以辅助进行深埋地下工程优化设计。

实际上，硬岩在加卸载试验过程中，由于岩石内部裂纹的张开、扩展、聚核或新裂缝的产生等会形成一定的不可恢复变形，即产生了塑性变形。伴随着塑性变形的产生，岩石损伤逐渐增加，岩石的力学参数逐步发生变化。这一过程可以通过岩石循环加卸载试验进行测定。在岩石加卸载过程中形成的变形分为可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形，其中的弹性变形可以在卸载完成后恢复，而塑性变形由于不可恢复，在多次的循环加卸载过程中会逐步累积。塑性变形的这一累积过程可以通过在一个岩样上进行循环加卸载测试并记录下来。但如何利用循环加卸载试验来获得深埋硬岩地下洞室围岩损伤区岩石力学参数的变化规律与取值，是急需解决的关键技术问题。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种深埋硬岩力学参数变化规律与取值的测定方法，该方法利用循环加卸载试验来获得深埋硬岩地下洞室围岩损伤区岩石力学参数的变化规律与取值，为提高深埋地下洞室稳定性和支护设计优化提供了技术支撑。

为实现此目的，本发明所设计的深埋硬岩力学参数变化规律与取值的测定方法，它包括如下步骤：

步骤1：在现场钻取深埋硬岩岩芯，并将硬岩岩芯加工成圆柱形岩样；

步骤2：对上述圆柱形岩样进行三轴加载测试，并设定三轴加载测试中的围压预定值，从而获得圆柱形岩样在不同围压预定值时的峰值强度；

步骤301，将步骤1得到的圆柱形岩样安装在伺服控制岩石刚性试验机上，在该圆柱形岩样上安装轴向位移传感器和环向位移传感器，并能保证实时传输数据；

步骤302，控制伺服控制岩石刚性试验机，对圆柱形岩样进行轴向应力全过程循环加卸载测试，测试中在到达岩样峰值强度之前，伺服控制岩石刚性试验机的加载阶段按位移控制模式控制，卸载阶段采用轴向应力控制，当圆柱形岩样的轴向应力大于等于圆柱形岩样峰值强度的80~90%时，卸载阶段采用位移控制，加载阶段也采用位移控制；

步骤303，设定上述轴向应力全过程循环加卸载测试的循环次数和方式，其中轴向应力全过程循环加卸载试验的循环次数为15~20次，每次卸载时，轴向偏应力卸载至0.1MPa，然后开始加载，确保试验过程的连续性和完整性；

步骤304，施加围压至某一预定值，保持围压不变，对圆柱形岩样进行轴向应力全过程循环加卸载测试，其中在圆柱形岩样峰前峰值强度的30%、40%、50%、60%和70%各进行一次循环加卸载，峰值强度的80%、85%、90%、95%和100%各进行一次循环加卸载，圆柱形岩样峰值的峰后下降段进行4~6次循环加卸载，圆柱形岩样峰值的峰后残余强度段进行3~4次循环加卸载，记录下围压、每个加卸载循环最大轴向应力、轴向位移和侧向位移参数；