[发明专利]一种确定岩石应变局部化启动应力水平的方法

说明书

本发明提出了一种确定岩石应变局部化启动应力水平的方法，该方法适用于分析围压作用下岩体变形局部化特征，其利用数字散斑图像处理技术进行材料应变局部化的研究，具有简单易行、观测全面，对试验过程无影响等特点。该方法通过虚拟应变片的图像分析，得到岩石应变局部化带内外对应的应力‑应变曲线，并得到对应的应力‑应变曲线的应变差值演化曲线，应变差值演化曲线出现明显拐点时对应的应力水平即为围压作用下岩石变形局部化启动应力水平，以此进行岩体渐进性破坏过程的研究，并针对地下工程围岩体稳定性问题，了解岩石渐进性破坏力学机理和破坏前兆，进而提出相应的围岩支护措施，为地下工程围岩体稳定控制研究提供一定的试验和理论基础。

技术领域

本发明属于岩石力学参数测试领域，具体涉及一种确定岩石应变局部化启动应力水平的方法。

背景技术

岩石变形破坏过程中通常伴随着应变局部化现象，应变局部化的定义为在把岩石试样加载到破坏的过程中，达到一个临界变形水平之后，在将要形成最终宏观破裂面的区带上，发生强烈的变形集中，使原本均匀或近似均匀的变形场变为极不均匀的现象。

应变局部化现象是材料失稳和破坏的重要特征，可以看做是延性和脆性破坏的前兆，在金属材料、岩土材料、复合材料等均有存在。在地下工程、土木工程、水利工程等领域，许多问题诸如坝体、隧道开挖、地下硐室开挖及边坡问题中，相关结构的破坏通常伴随着局部剧烈变形区的形成，而局部化带的产生则是导致结构最后破坏的主要原因，因此对于应变局部化的研究对于了解结构破坏机制及解决实际工程问题具有重要的意义。

由于应变局部化发生及剪切带贯通的随机性，在材料破坏之前很难预先判断出局部化发生的具体位置，且采用应变片进行测量时，由于材料破坏会导致应变片的失效，因此传统的应变片测量方法具有较大的局限性，无法基于试验结果分析得出岩石应变局部化启动应力水平，即无法得出变形局部化出现时对应的应力与峰值强度之间的比值。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种确定岩石应变局部化启动应力水平的方法，以解决在材料上直接设置应变片，无法分析得出岩石应变局部化启动应力水平的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种确定岩石应变局部化启动应力水平的方法，包括如下步骤：

a.对所需测试的工程岩体进行试样的制取，加工成标准试样；

b.采用黑白哑光喷漆在标准试样表面喷涂散斑，晾干后待用；

c.将标准试样至于透明的三轴压力室内，用压力试验机压头施加一定的预应力；

d.设置图像采集系统的图像采集频率，调整相机角度和位置；

e.按照预定的围压加载速率对标准试样施加围压，然后按照预定的应变加载速率进行加载直至标准试样破坏，同时，图像采集系统进行图像的同步采集，直至标准试样破坏；

f.通过虚拟应变片技术对采集的图像进行分析，绘制岩石应变局部化带内外对应的应力-应变曲线，并绘制对应的应力-应变曲线的应变差值演化曲线，应变差值演化曲线出现明显拐点时对应的应力水平即为岩石应变局部化启动应力水平。

本发明的方法利用数字散斑图像处理技术进行材料应变局部化的研究，具有简单易行、观测全面，对试验过程无影响等特点；该方法基于数字图像处理技术，采用虚拟应变平技术，获取围压作用下岩石应变局部化启动应力水平。

在本发明的一种优选实施方式中，步骤f中，通过虚拟应变片技术对采集的图像进行分析的具体分析方法如下：

f1.获得步骤e中标准试样破坏全过程对应的应力-应变数据；

f2.获得步骤e中标准试样破坏全过程对应的图像；

f3.图像采集系统计算标准试样破坏全过程中标准试样表面应变场变化云图；