[发明专利]一种确定岩石有效应力系数的方法

说明书

本发明公开一种确定岩石有效应力系数的方法，包括以下步骤：准备试验岩样，测量岩样尺寸并记录；将岩样装入三轴伺服仪的压力室，加载围压至预定值，然后保持围压恒定加载偏压，偏压加载至设定值后卸载，卸载完成后，保持偏压和围压恒定，进行孔隙水压力加卸载；重复上一步骤，加载偏压至岩样发生破坏；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和泊松比v₃₁；通过公式计算出岩样的轴向有效应力系数和环向有效应力系数。该方法获得的有效应力系数精确可靠，可应用于实际工程渗流应力耦合数值计算，大大提供了计算精度，降低了分析误差。

技术领域

本发明属于岩石力学领域，具体涉及一种确定岩石有效应力系数的方法。

背景技术

岩体渗流场与应力场相互耦合作用对工程的稳定性与安全性具有重要意义。高坝建设过程中，高边坡及地下洞室的开挖引起坝址区原有应力场发生改变，运行期内蓄水抬高上游库水位，改变坝址区内原有渗流场，使坝基及坝肩岩体受到应力场与渗流场的影响。岩体在外力荷载作用下会产生变形，导致岩体中存在的裂隙、孔隙张开或闭合，裂隙岩体的渗流特性发生改变；水在岩体中发生渗流时，产生渗透压力，岩体所处应力场发生改变，引起岩体裂隙面变形规律发生变化。其渗流特性及力学特性与高坝坝体与周围岩石高边坡工程的安全性紧密相关。1959年法国马尔巴塞拱坝溃决，1963年意大利瓦里昂拱坝库滑坡，以及同年我国梅山连拱坝发生漏水险情等问题的出现，使人们更加重视对岩体渗流应力耦合作用的研究。

目前研究多孔介质渗流应力耦合问题多采用比奥耦合理论，其中α为孔隙水压力作用面积系数，即有效应力系数或比奥系数，用以描述渗流应力耦合状态，对于岩石问题，其取值范围为0<α<1，由于比奥系数难以测得，在进行岩石工程的渗流应力耦合分析中通常取值为1，使计算分析结果产生较大误差。

因此进行岩石有效应力系数的研究对于岩石工程的渗流应力耦合问题具有重要意义。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中存在的问题，提供一种确定岩石有效应力系数的方法，获得的有效应力系数可应用于实际工程渗流应力耦合系数计算，提高岩土工程中考虑应力场与渗流场相互耦合作用的数值模型计算精度。

技术方案：本发明所述的一种确定岩石有效应力系数的方法，包括如下步骤：

(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；

(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。

上述步骤(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。

较优的，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。

优选的，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。