[发明专利]一种恒定功率加载的岩石力学实验方法

说明书

本发明提供一种恒定功率加载的岩石力学实验方法，包括：在试验机上增加恒定功率加载控制模块；将岩石试样安放于试验机上，并将声发射监测探头安装在岩石试样表面；在恒定速率加载控制模式下对所述岩石试样施加压力，加载速率保持为V；待岩石试样受力达到设定值F，即岩石试样的受载功率达到P，P=F×V，此时切换为恒定功率加载控制模式，在试验机对岩石试样施加的压力不断增大的同时降低加载速率，但始终保持加载速率与压力的乘积为定值P，直至岩石试样完全破坏，在此过程中监测并记录试验机的压力和压头位移、岩石试样的声发射信号；根据试验机的压力、位移实验结果以及岩石试样的声发射信号数据，分析岩石试样的破坏规律。

技术领域

本发明属于岩石力学技术领域，具体涉及一种恒定功率加载的岩石力学实验方法。

背景技术

目前，被广泛采用的岩石力学实验加载方式有两种：一种是恒定速率加载模式，即单位时间内试验机压头的位移为固定值；另一种是恒定压力梯度加载模式，即单位时间内借由试验机压头施加在岩石试样上的压力的增量为固定值。通过采用此两种加载方式进行岩石力学实验，并对加载速率与压力梯度定量化、标准化，研究人员可以获得大量横向可类比的岩石基本力学参数，这些力学参数对岩石工程建设具有重要的参考价值。但值得关注的是，这两种加载方式在真实的岩体受力状态中几乎是不存在的，是研究者们为了研究岩石的力学性质而设计出的简单化与规范化的实验方法。

大量工程实践表明，在岩体工程开挖后，一方面围岩向开挖空区内收缩，具有初始变形速度，随后变形速度逐渐减慢，直至岩体工程趋于稳定或破坏；另一方面，岩体工程开挖后的卸荷效应导致围岩应力突增，此后随着岩体不断向开挖空区内挤压，周边围岩的应力继续升高，但升高的速率会逐渐减慢，直至岩体工程趋于稳定或破坏。因此，关于岩体工程的围岩变形规律与破坏模式研究，采用恒定速率加载模式与恒定压力梯度加载模式进行相关岩石力学实验都不适合。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种恒定功率加载的岩石力学实验方法，所述方法基于恒定功率加载模式，使岩石的变形及受力变化过程更加符合实际情况，有效弥补恒定速率加载模式和恒定压力梯度加载模式在实验过程中的不足，可以更为准确地反映岩石变形规律与破坏特征。本发明采用的技术方案为：

一种恒定功率加载的岩石力学实验方法，包括以下步骤：

步骤一：在设有恒定速率加载控制模块和恒定压力梯度加载控制模块的试验机上增加恒定功率加载控制模块，用于控制单位时间内试验机压头的加载速率与压力的乘积为定值；

步骤二：将岩石试样安放于试验机上，并将声发射监测探头安装在岩石试样表面；

步骤三：在恒定速率加载控制模式下对所述岩石试样施加压力，加载速率保持为V；

步骤四：待岩石试样受力达到设定值F，此时，岩石试样的受载功率达到P，P=F×V，将所述恒定速率加载控制模式切换为恒定功率加载控制模式，在试验机对岩石试样施加的压力不断增大的同时降低加载速率，但始终保持加载速率与压力的乘积为定值P，直至岩石试样完全破坏，在此过程中监测并记录试验机的压力和压头位移、岩石试样的声发射信号；

步骤五：根据试验机的压力、位移实验结果以及岩石试样的声发射信号数据，分析岩石试样的破坏规律。

上述方法中，所述加载速率V满足：0.00001<V<2，mm/s。