[发明专利]一种用扭转实验测量各向异性岩石变形常数的方法

说明书

本发明公开了一种用扭转实验测量各向异性岩石变形常数的方法，包括将岩石试件安装在从动夹头中，进行扭转实验，实验过程中，监测扭矩T、第一主应变ε₁和第二主应变ε₂的变化，根据横观各项同性广义胡克定律，计算得到岩石的压缩模量E_c、拉伸模量E_t和剪切模量G_xy。本发明突破了过去传统的分别单独测量岩石压缩模量E_c、拉伸模量E_t和剪切模量G_xy的方法。通过对扭转实验进行简单的改进，只进行一次实验，就可获得岩石的压缩模量E_c、拉伸模量E_t和剪切模量G_xy。本发明为一次性测量岩石拉压缩模量E_c、拉伸模量E_t和剪切模量G_xy，提供了一种更加简便，节约时间、人力和财力的新方法。

技术领域

本发明涉及岩石力学技术领域，特别涉及一种用扭转实验，同时测量各向异性岩石变形常数(压缩模量、拉伸模量、剪切模量)的方法。

背景技术

岩石的变形常数是其宏观力学性能的基本参数，是进行岩石力学问题计算和分析的重要基础。各向同性材料，如金属材料，独立的弹性常数有两个：弹性模量和泊松比。而各向异性材料，独立的弹性常数增加了。研究表明岩石具有拉压各向异性的特性，岩石的拉伸模量与压缩模量往往是不同的，应当采用横观各向异性模型来描述岩石力学问题。对于平面问题，独立的弹性参数有四个：压缩弹性模量E_c、拉伸弹性模量E_t、泊松比ν_c和剪切弹性模量G_xy。

根据弹性理论，计算出材料的应力分布，然后应用电阻应变片和应变仪测定材料的表面应变，再根据广义胡克定律，确定其弹性常数，是一种最常见的材料变形常数分析方法。

目前，现有技术通常采用单轴压缩实验来获得岩石的压缩弹性模量E_c和泊松比ν_c；采用单轴拉伸实验来获得岩石的拉伸弹性模量E_t；采用扭转实验来获得岩石的剪切弹性模量G_xy。但存在如下问题：一是这种做法方法复杂繁琐的，需要做三种实验；二是岩石的直拉实验和扭转实验不易实现；三是由于同种岩石试样的性质往往也有差异，将由不同试件分别测出的弹性常数归为一组不够科学。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种用扭转实验测量各向异性岩石变形常数的方法，解决了现有技术中存在的缺陷。

为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：

一种用扭转实验测量各向异性岩石变形常数的方法，包括：将岩石试件安装在从动夹头中，进行扭转实验，实验过程中，监测扭矩T、第一主应变ε₁和第二主应变ε₂的变化，按下式计算得到岩石的压缩模量E_c、拉伸模量E_t和剪切模量G_xy：

式中：E_c和E_t分别表示岩石的压缩模量和拉伸模量，T为扭矩，D为圆柱直径，ν_c表示压应力引起的横向变形系数，ε_-45°和ε_45°分别表示-45°、45°方向应变。