[发明专利]脆性岩石损伤程度测试方法及岩石渗透系数测试装置

说明书

本发明提供了脆性岩石损伤程度测试方法及岩石渗透性变化测试装置，包括气体注入装置、液体注入装置、四个以上的多个橡胶皮套，所述橡胶皮套与气体注入装置和液体注入装置并联连接；测试步骤包括特征应力加载、气体渗透性测试和液体渗透性测试。本发明能够对多个岩样进行气体和液体渗透性变化连续同时测试，保证了外界环境条件的统一，并且获得了不同特征应力对应的渗透性变化规律，实现了损伤程度的定量评价。同时，该测试方法方便快捷，可以为现场支护调整提供最直接的依据。

技术领域

本发明涉及脆性岩石损伤程度测试方法及岩石渗透系数测试装置，主要适用于为水利水电工程、交通、矿山等深埋地下工程服务的岩石力学试验，以帮助评估不同特征强度对应的损伤程度，为洞室稳定性评价和支护的优化设计提供意见。

背景技术

脆性岩石的破坏损伤机制已经受到广泛关注，特别随着测试技术的进步，对脆性岩石内部的损伤特征有了全新的认识。根据不同应力水平下岩石内部损伤裂纹的扩展，岩石的应力应变曲线一般可以分为4个阶段：

（1）压密阶段。对应着岩石内部已有裂纹（包括原生裂纹和卸荷产生的裂纹），在轴向压力下被压密，应力应变曲线呈现上凹，出现非线性变形，此时的应力称为闭合应力，大约为峰值强度的10%。

（2）弹性阶段。轴向应力和轴向应变关系近似成线性关系，变形主要为弹性变形，但也包含有少量不可恢复的塑性变形，应力应变关系近似服从虎克定律。在这一阶段，裂隙面闭合后之间的摩擦力抑制了微裂隙面之间的相互错动，从而使得变形主要为弹性。

（3）裂纹稳定扩展阶段。轴向压力达到起裂应力时，岩石内即开始出现微裂纹，即开始出现破裂现象，此时的应力水平大约是岩石峰值强度的40%左右。

（4）裂纹非稳定扩展阶段。轴向压力继续加大到损伤应力（大约为80%的岩石峰值），岩块的裂纹扩展方式开始进入到非稳定阶段，对应的应力水平称为损伤应力。在这个阶段裂纹的形成和扩展形成的体积超过了应力压缩形成的弹性变形，开始出现扩容现象。

上述的闭合应力、起裂应力、损伤应力被称为特征应力，特征应力与其内部损伤裂纹的扩展紧密相连。而在这整个过程中，特征应力对应的损伤程度对岩石破裂过程有着很好的指示意义。

目前的渗透性测试只针对完整岩石，没有考虑不同损伤程度岩石的渗透性变化，也无法对各种特征应力下的岩样的损伤度进行条件一致的比较，来获得更准确的工程应用指引。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种脆性岩石损伤程度测试方法，能直接测试不同特征应力下损伤程度。为此本发明采用以下技术方案：

脆性岩石损伤程度测试方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）特征应力加载

对三个岩样分别加载至闭合应力、起裂应力和损伤应力，并记录下加载的应力值；

（2）气体渗透性测试

将上述三个岩样和一个未加载的岩样表面分别包裹橡胶皮套，放置于充满有液压油的密闭容器中，橡胶皮套连接气体注入装置和液体注入装置；

先分别向四个岩样的橡胶皮套内腔注入同等压力的气体，测试四个岩样的气体渗透性变化；

（3）液体渗透性测试

气体渗透性测试完毕后，关闭进气阀门，向四个岩样的橡胶皮套内腔注入同等压力的液体，继续进行液体渗透性测试，测试四个岩样的液体渗透性变化；

（4）损伤程度对比

将四个岩样的气体渗透性和液体渗透性进行对比，便可以发现渗透性随特征应力的变化规律，进而反映岩样损伤程度的演化过程。