[发明专利]一种基于SHPB试验的冲击损伤岩样制备及测定方法

说明书

一种基于SHPB试验的冲击损伤岩样制备及测定方法，属于损伤岩样制备及测定方法。方法是：a，制作圆柱形岩样，利用SHPB装置以低于临界气压的气压值对其进行冲击预损伤，记录相关应力波并通过计算获得动态应变峰值、应变率峰值及单位体积吸收能；b，以岩样端面圆心为中心点，沿轴向钻取圆柱形标准损伤试样；c，对标准损伤岩样进行CT扫描、核磁共振、纵波速度、渗透系数、弹性模量和单轴抗压强度等宏细观测试；d，对相同岩性及物理参数的标准完整岩样进行相同的宏细观试验；e，以动态应变峰值、应变率峰值及单位体积吸收能等冲击效应参数为依据，综合宏细观试验的数据，定量判定冲击对于岩石材料的动态损伤程度。优点：操作简单，试验数据全面可靠。

技术领域

本发明涉及一种损伤岩样的制备及测定方法，特别是一种基于SHPB试验的冲击损伤岩样制备及测定方法。

背景技术

岩体地下工程中经常涉及大方量的开挖施工，传统的钻眼爆破和利用综掘机、TBM等现代设备的机械冲击开挖是普遍应用的方法。开挖施工中的爆炸/机械冲击将造成工程欲保留围岩体的动态扰动和损伤，导致围岩物理力学性能的劣化，而围岩作为主要承载体还要长期承受应力重分布带来的静力荷载，因此，冲击扰动导致的围岩动态损伤对地下工程的长期安全稳定是一种不可忽视的威胁。

工程现场常采用围岩纵波波速、钻孔电视或探地雷达测试获得开挖扰动区的损伤特征，以便于进行支护结构设计。现场地形、地质条件的复杂性和强烈的施工扰动导致这类方法虽然在特定工程中可以作为定性分析的常用手段，但是对于需要精确定量分析的机理解释却无能为力。这与岩石静力学中基于基础试验数据的数值分析广泛应用于工程研究的现状有明显的区别，其关键在于无法精确定量冲击导致的岩石动态损伤程度。

在室内试验方面，分离式Hopkinson压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)装置是研究应变率段10¹～10³岩石类材料动态力学性能的经典测试系统。SHPB装置除了进行动态破坏试验获得动态力学参数及本构模型外，还可以进行冲击损伤试验以制备冲击预损伤岩样。为了保持应力波在试样内部有足够的传播时间达到两端受力平衡，并尽量消除惯性效应，SHPB冲击试验的圆柱形试样长径比应取在0.5～1.0之间。

我国国家标准《工程岩体试验方法标准》(GB/T50266-2013)中，对于室内静态单/三轴压缩变形及强度的试验要求为：圆柱形岩样的直径宜为48mm～54mm，高径比(即长径比)宜为2.0～2.5。岩石力学与工程领域内相关专家学者对岩样尺寸达成的共识为：高径比2:1，直径50mm，高度100mm。

上述岩石室内动、静态力学试验对圆柱形试样长径比的要求差别很大，这为进行精确动态冲击预损伤条件下的岩石静态、准静态变形强度参数试验造成了非常大的困难，严重制约了岩石动态损伤理论研究、数值分析及工程应用的发展。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种基于SHPB试验的冲击损伤岩样制备及测定方法，解决无法精确定量冲击导致岩石动态损伤的问题。

技术方案：本发明的目的是这样实现的：该岩样制备及损伤程度测定方法包括：冲击损伤岩样的制备、对于冲击损伤岩样的细观试验和对于冲击损伤岩样的宏观试验；

一、冲击损伤岩样的制备包括如下步骤：

a、制作直径和长度都为100mm的多个圆柱形岩石试样，对试样2个端面进行仔细打磨，使其不平行度和不垂直度均小于0.02mm，并涂抹一层黄油以减小摩擦；

b、利用杆件直径为100mm的SHPB装置进行试验性预冲击，固定冲击杆在高压气室内的位置，选择合适气压进行冲击加载，将试件破裂并有碎片剥离的临界破坏状态对应的气压值定为临界气压；