[发明专利]一种测定破裂岩石卸荷强度的试验方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩石卸荷强度的试验方法，特别是一种测定破裂岩石卸荷强度的试验方法。

背景技术

随着国家基础设施建设的大力开展，岩石工程开挖深度不断增大，如锦屏水电站引水隧洞埋深达2525m、淮南煤矿开采深度达到1200m，埋深的增大使得围岩地应力也显著提高，且时常发生围岩岩爆、塌方、大变形等工程地质灾害，且众多破坏隧(巷)道围岩经过返修加固后，依然会出现再破坏现象，给岩石工程安全施工带来了困难和挑战。深部岩石工程与浅部岩石工程有着明显的不同：工程围岩首先是处于挤压加载状态，地下巷道开挖后周边围岩由三向受力状态转变为准二维受力状态，在二次应力场作用下，超过岩石最大卸荷承载强度的岩石就会产生破裂，由于岩石介质天然缺损的存在、抗压不抗拉力学特性的影响，使得岩石卸荷条件下的破裂强度与加载条件有显著的差异。

目前测定岩石卸荷强度的试验方法是通过将一系列圆柱试件按照静水压力加载至不同的应力水平，然后逐渐减小围压，记录岩石破裂时的轴压和围压，通过数据拟合得到岩石的卸荷强度和力学参数。然而，地下工程开挖过程中，开挖卸荷引起围岩体径向应力减小，但围岩环向和轴向为位移约束条件，这与常规卸荷试验中轴压不变的约束条件不同。另外，由于岩石缺损和人为因素，卸荷试验数据往往会出现奇异甚至错误值，需进行补充试验，增大了实验工作量，且该系列实验得到的卸荷强度仅为完整岩石的峰值强度，不能正确表征破裂岩石卸荷再破坏强度，两者有着本质上的差别。

因此，如何测定破裂岩石卸荷再破坏强度及其过程，为深部地下工程井巷围岩支护提供技术正确的围岩强度参数，成为深部地下工程研究的一个热点方向。

发明内容

本发明的目的是要提供一种测定破裂岩石卸荷强度的试验方法，用以测定工程围岩体破裂后卸荷再破坏力学特性，为分析深部巷道围岩卸荷破裂发展规律和支护加固参数设计提供研究方法和技术指导。

本发明的试验方法步骤如下：

(1)对待测试工程岩体取样、制样，获得圆柱形试件；

(2)将圆柱形的试件置于伺服试验机的三轴压力缸内，安装变形测量传感器，保证试验机端头与试件端部紧密接触；

(3)对圆柱形试件施加围压和轴压，使试件的初始围压和初始轴压加载至设置值，其中初始轴压需超过其单轴抗压强度；

(4)保持轴向位移不变，逐渐减小试件围压，监测卸围压过程中轴压值，待其出现突变时停止卸围压，并记录突变时刻试件对应的轴压和围压；

(5)保持轴向位移不变，恢复破裂试件围压至初始值，然后保持围压不变，增加轴压至下一设计值；

(6)保持轴向位移不变，逐渐减小试件围压，使试件产生二次破裂，记录轴压突变控制点对应的试件围压和轴压；

(7)重复步骤(5)和(6)可获得系列破裂试件再破坏卸荷围压、轴压数据值；

(8)通过最小二乘拟合，获得基于选定强度准则的破裂岩石围压对应的卸荷强度。

所述的圆柱形试件的高度与直径之比为2：1。

所述的围压和轴压控制加载速率为0.5～1.0MPa/s、卸载速率为0.05～0.1MPa/s，位移控制加载速率为0.001～0.002mm/s。

所述的卸荷强度为保持轴向位移不变的卸围压过程中轴压突变减小点对应的试件应力状态。

相对于现有测试技术，本发明具有如下有益效果：

(1)通过卸围压使试件破裂，继而增加围压和轴压至设计值，然后保持轴向位移不变化，逐渐卸除围压获得轴压突变控制点对应的试件再破裂卸荷强度，真实反应了工程岩体开挖卸荷时围岩径向应力减小、轴向位移约束条件下的破裂、支护加固后变形再破裂力学行为。该试验方法的应力路径反映了工程岩体开挖过程的真实受力条件，是一种符合工程现场实际的应力路径试验方法，有助于地下工程围岩稳定与安全控制。

(2)该加载方法简便易行，操作简便，具有广泛的实用性。

(3)用于高应力区的矿山、能源、水电、交通等领域岩石峰后卸荷力学特性研究。

附图说明：

图1是本发明的测试试件卸载应力路径示意图。

图2是本发明的卸载路径实验曲线图。

具体实施方式

下面结合附图1，对本发明作进一步的说明。试验方法步骤如下：

(1)对待测试工程岩体取样、制样，获得圆柱形试件，方法如下：

①对现场取样岩块进行钻孔取芯，获得圆柱状长岩块；