[发明专利]一种分布式岩石变形测量方法

说明书

技术领域

本发明属于岩石变形测量技术领域，特别是涉及一种适用于常规三轴压力机的分布式岩石变形测量方法。

背景技术

岩石作为自然界中各种矿物质的集合体，是具有微结构面的天然地质作用产物，其变形与破坏机理研究是岩石力学学科中的一个重要领域。岩石在外载荷作用下的破坏过程实际上是岩石内部微裂纹萌生、扩展到贯通的全过程，探求其变形破坏机理的基础就是准确捕捉岩石在破坏过程中的物理力学信息。

目前关于岩石破裂过程的研究手段多种多样，常见的测量手段包括：传感器变形测量技术、声发射技术、CT扫描技术、声波测试技术、全息摄影技术、红外遥感技术、基于散斑场DSCM技术、应用光纤应变传感器等，当然在实际应用中它们也各有利弊。对于声发射、CT扫描等测量手段可以捕捉岩石裂隙萌生扩展的位置，但是不能测量岩石加载过程中相关部位的变形特征，而全息摄影、红外遥感等非接触式测量技术虽然能获得裂隙扩展部位的变形特征，但无法在常规三轴试验中进行应用。光纤应变传感器的使用需要对岩石进行穿孔凿槽等工作，破坏了岩石的完整性。

现阶段，采用最为广泛的测量方法为：利用LVDT位移传感器或应变式传感器进行非接触式测量，以获得岩石试样相对两侧的两个轴向变形数据，但是这种测量方法无法有效反映岩石表面变形的局部差异性，导致测量范围有限，且当岩石试样产生宏观裂隙时，裂隙产生部位与传感器固定点的相对位置，会显著影响测量准确性。例如：当布置左右两个位移传感器进行岩石加载试验时，岩石裂隙贯通位置恰好一侧在位移传感器测量范围内，另一侧在位移传感器的测量范围外，前者会测得岩石压缩变形，后者会测得岩石回弹变形，即两个传感器测得的应力-应变曲线在峰值后出现两种形态，分别对应岩石的Ⅰ类破坏模式和Ⅱ类破坏式，然而此时的岩石真实破坏模式为后者，如果取两者的平均值就会出现较大的测量误差。又由于LVDT位移传感器安装在支架之上，支架又通过螺丝固定于岩石表面，当出现上述情况时，有可能出现上下支架不平行，即铁芯不平行于传感器的情况，造成一定的测量误差。对于应变式位移传感器也有类似问题。

还有部分技术人员采用短栅应变片对岩石试样进行测量，但是，该测量方法同样无法避免测量范围有限的缺点，同时难以在高围压条件下应用。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种分布式岩石变形测量方法，能够有效反映岩石表面变形的局部差异性，解决了测量局限性的不足，能够将宏观裂隙对测量准确性的影响降到最低，同时适用于常规三轴压力机，能够满足高围压条件下稳定的测量岩石整体变形。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种分布式岩石变形测量方法，包括如下步骤：

步骤一：制备岩石试样，选取应变片，应变片数量为8～16个，应变片为长栅电阻式应变片，应变片的栅长范围为60～80mm；

步骤二：在岩石试样侧表面划线，确定应变片粘贴位置，划线方向即为应变片的测量轴线方向，并保证划线方向与加载方向一致，且划线数量即为应变片的数量，各划线之间间距相等；

步骤三：在划线处涂抹粘结剂，再按照划线依次将相应数量的应变片粘接到位，保证应变片的测量轴线方向与加载方向一致；在应变片的线脚处粘贴应变片端子，再将应变片的线脚焊接到应变片端子上，并覆盖树脂胶，直到树脂胶完全固化为止；

步骤四：准备一个上压块和一个下压块，上压块和下压块的直径与岩石试样相同，在上压块上套装一个第一硅胶密封圈，在下压块上套装一个第二硅胶密封圈，在第二硅胶密封圈的外圆周上加工有凹槽，凹槽的数量与应变片的数量相同；第一硅胶密封圈、第二硅胶密封圈的内径略小于上压块、下压块的直径；然后用绝缘胶带将上压块和下压块分别固定在岩石试样的上、下表面；

步骤五：准备一个数据传输插头和一些数据线，通过数据线将各个应变片端子与数据传输插头连接在一起，连接处通过焊接固定，同时令各条数据线分别穿过一个第二硅胶密封圈的凹槽，再用环氧树脂胶将数据线固定在凹槽内；

步骤六：准备一根热缩管，热缩管的长度略大于第一硅胶密封圈与第二硅胶密封圈之间的距离，将热缩管套在岩石试样外，保证热缩管位于第一硅胶密封圈与第二硅胶密封圈之间，再用热缩枪对热缩管进行热缩处理，直到热缩管紧密贴合在岩石试样表面，同时第一硅胶密封圈和第二硅胶密封圈也被热缩管包裹在内，最后在第一硅胶密封圈及第二硅胶密封圈处利用密封铁箍进行箍紧密封处理，保证热缩管、第一硅胶密封圈及上压块之间紧密压实，保证热缩管、第二硅胶密封圈及下压块之间紧密压实，此时构成试样组合体；