[发明专利]一种基于全场应变测量判别岩石裂纹应力门槛值的方法

权利要求书

1.一种基于全场应变测量判别岩石裂纹应力门槛值的方法，其特征在于：包含如下步骤：

S1、制作岩石试样；

S2、对岩石试样表面进行散斑处理；

S3、试验加载，采集岩石试样散斑面在试验加载过程中的图像；

S4、计算岩石试样散斑面的全场位移：即先将步骤S3得到的岩石试样散斑面图像划分为若干个子区，然后通过下式(1)和(2)，计算出各个子区的x、y向位移，最后再将各子区位移场进行组合，即可得到岩石试样散斑面的全场位移分布；

式(1)和(2)中，为参考子区位移的一阶偏导数，u₀，v₀分别为参考子区中心点沿x、y向的位移值；dx为岩石试样散斑面某一子区在x向的位移值，dy为岩石试样散斑面某一子区在y向的位移值；x向为与岩石试样轴向加载方向相垂直的试样侧向，y向为岩石试样的轴向加载方向；x₀与y₀为岩石试样散斑面某一子区变形前其中心点沿x与y方向的坐标，x_i与y_i为岩石试样散斑面某一子区变形前其内任一点沿x与y方向的坐标，x_i'与y_i'为岩石试样散斑面某一子区变形后其内任一点沿x与y方向的坐标；

S5、计算岩石试样散斑面的全场应变：即在通过上式(1)和(2)，得到各子区的x、y向位移后，先通过下式(3)和(4)计算出各子区的x、y向应变，然后将各子区应变进行组合，即可得到岩石试样散斑面的全场应变分布；

式(3)和(4)中，为参考子区位移的一阶偏导数；ε_x为岩石试样散斑面某一子区的x向应变，ε_y为岩石试样散斑面某一子区的y向应变；

S6、计算岩石试样体积应变、弹性体积应变及裂纹体积应变：即在通过上式(3)和(4)得到各子区的x、y向应变后，先通过下式(5)计算出岩石试样的体积应变，然后通过下式(6)计算出岩石试样的弹性体积应变，最后再通过下式(7)求得试样的裂纹体积应变；

ε_cv＝ε_v-ε_e (7)

式(5)中，m为沿y向的子区总数，n为沿x向的子区总数，ε_x(i,j)为岩石试样散斑表面第i行，第j列相应子区的x向应变，ε_y(i,j)为岩石试样散斑表面第i行，第j列相应子区的y向应变，ε_v为岩石试样的体积应变；

式(6)中，v为岩石试样的泊松比，E为岩石试样的弹性模量，σ为岩石试样轴向应力，ε_e为试样的弹性体积应变；

式(7)中，ε_cv为岩石试样的裂纹体积应变，ε_v为岩石试样的体积应变，ε_e为岩石试样的弹性体积应变；

S7、获取岩石试样体积应变-轴向应变曲线、裂纹体积应变-轴向应变曲线及轴向应力-轴向应变曲线，并绘制在同一幅 图中；

S8、判断岩石试样体积应变及裂纹体积应变相对岩石试样轴向应变的变化规律，确定岩石试样包含裂纹闭合应力、裂纹起裂应力、裂纹损伤应力及峰值应力在内的这四种不同裂纹应力门槛值。

2.根据权利要求1所述的基于全场应变测量判别岩石裂纹应力门槛值的方法，其特征在于：所述步骤S1的具体步骤为：先采用相应的切割设备将待测岩石材料切割成试验所需的试样形状及尺寸规格，然后再对其试样表面进行打磨，以便于后续的散斑处理。

3.根据权利要求1所述的基于全场应变测量判别岩石裂纹应力门槛值的方法，其特征在于：所述步骤S2的具体步骤为：先采用相应的喷涂设备将白色哑光漆均匀地涂抹在步骤S1制备完成的岩石试样表面作为背景色，并经过20～30min的凝固后，再采用相应的喷涂设备将黑色哑光漆随机喷洒在已经凝固的白色哑光漆上面，形成黑白相间且可随时岩石试样变形的散斑面。