[发明专利]一种确定岩石有效应力系数的方法

权利要求书

1.一种确定岩石有效应力系数的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)准备试验的圆柱体岩样，测量岩样尺寸并记录；

(2)将岩样装入三轴伺服仪的压力室，加载围压至预定值；

(3)保持围压恒定加载偏压，偏压加载至设定值后开始进行卸载，卸载完成后，保持偏压和围压恒定，进行孔隙水压力加卸载；

(4)重复步骤(3)，加载偏压至岩样发生破坏，绘制整个过程中的应力应变关系曲线；

(5)绘制不同围压下卸载偏压增量与轴向/环向应变增量的关系曲线，对该曲线进行数据拟合，得到与偏压等级相关的有效弹性模量E₁和有效泊松比v₃₁；所述有效弹性模量E₁为岩样弹性变形阶段其卸载偏压增量与轴向应变增量关系曲线拟合直线的斜率，有效泊松比v₃₁为岩样弹性变形阶段环向应变与轴向应变的绝对值的比值；

(6)根据有效弹性模量E₁和有效泊松比v₃₁确定岩样的轴向有效应力系数α₁₁和环向有效应力系数α₃₃；所述轴向有效应力系数α₁₁和环向有效应力系数α₃₃根据下式确定：

其中，E₃＝E₁/v₃₁，

式中，E₁、E₃分别为岩样轴向和环向方向上与介质材料损伤相关的有效弹性模量，v₁₃、v₃₁、v₃₂为与介质材料损伤相关的有效泊松比，且v_31＝v₃₂；H₁和H₃分别为岩样轴向和侧向的水力耦合系数；所述水力耦合系数H₁、H₃的值可通过绘制孔隙水压力与轴向应变/环向应变的关系曲线、并对该曲线进行拟合得到，其中，H₁为孔隙水压力与轴向应变关系曲线拟合直线的斜率，H₃为孔隙水压力与环向应变关系曲线拟合直线的斜率。

2.根据权利要求1所述的确定岩石有效应力系数的方法，其特征在于，步骤(1)中，测量并记录所述圆柱体岩样的直径和高度，其中，记录的岩样高度为其顶端到底端四个不同位置高度的均值，记录的岩样直径为其顶端、中端、底端与岩样轴向垂直的三处断面的直径的均值。

3.根据权利要求1所述的确定岩石有效应力系数的方法，其特征在于，步骤(2)中，加载围压过程中，将岩样下部进水口和上部出水口阀门打开，在排水条件下加载围压至预定值。

4.根据权利要求1所述的确定岩石有效应力系数的方法，其特征在于，步骤(3)中，采用位移加载方式加载偏压，加载速率为0.002mm/min～0.02mm/min。

5.根据权利要求1所述的确定岩石有效应力系数的方法，其特征在于，步骤(3)中，偏压卸载速率和加载速率相同，在卸载偏压过程中，围压和孔隙水压力保持不变，直至偏压卸载至预定值。

6.根据权利要求1所述的确定岩石有效应力系数的方法，其特征在于，步骤(3)中，孔隙水压力的加载速率为0.02MPa/min～0.05MPa/min，孔隙水压力加载至设定值后，按0.02MPa/min～0.05MPa/min的速率进行孔隙水压力卸载，将岩样内部水排出，卸载孔隙压力至初始值。

7.根据权利要求1所述的确定岩石有效应力系数的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述应力应变关系曲线达到峰值时即为岩样发生破坏时。