[发明专利]深部围岩岩爆冲击倾向性的室内试验方法

摘要

本发明公开了一种深部围岩岩爆冲击倾向性的室内试验方法，本发明所述的试验方法是通过霍普金森杆中的冲击杆高速撞击受压的预制圆孔岩质薄板来模拟隧洞开挖掌子面围岩应力的超高速卸载，研究岩体的瞬态脆延转换特性，从而评价岩爆冲击倾向性。本发明方法可实现10‑100MPa/s的超高速卸载，远远优于目前已有的真/假三轴岩石试验系统，该系统卸载速率小于1Mpa/s。本试验系统可直接再现爆破破岩过程中岩石瞬态脆延转换动力现象，定量求得不同应力状态和卸载速率条件下岩石的岩爆倾向性指数；本发明可广泛应用于水利水电工程、交通、矿山、国家战略防护和深部基础物理实验等领域深埋地下洞室中围岩的瞬态脆延转换动力特性和岩爆冲击倾向性评价。

主权项

1.一种深部围岩岩爆冲击倾向性的室内试验方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，预制岩质薄板和岩塞，具体实现如下：从可能发生岩爆的深埋洞室现场取完整岩块，经过切割处理制作N套尺寸和材料相同的岩样，每套岩样由岩质薄板和岩塞组成，要求所制作的岩质薄板试件致密完整，截面为矩形；然后在岩质薄板中心位置钻设直径为D1的圆孔，钻设圆孔的过程中避免对岩体薄板造成损伤；要求所制作的岩塞为柱状且其直径为D2，D2比D1大Δd,Δd的取值以能够使岩塞塞入岩质薄板的圆孔内并产生装配应力为准；岩塞和岩质薄板材料一致；步骤二，装配岩塞和安装应变片，具体实现如下：取第i套岩样，i＝1，i＝1,2,3,…,N，用岩塞将岩质薄板的圆孔塞紧，使岩质薄板在未施加初始荷载前具有≦0.5MPa的局部装配预应力；然后在岩质薄板其中一个面上安装至少两片应变片，这些应变片围绕岩质薄板中心布置，将应变片连接到数据采集测试系统，该系统主要由数据动态采集仪和光线示波器组成，用以测量圆孔周围岩石瞬态卸载时的动应变和应力；步骤三，施加初始荷载，具体实现如下：在上述安装有应变片的岩质薄板四周施加均布荷载，经过应力调整和平衡后，消除岩质薄板局部装配预应力，在岩质薄板内形成准均匀应力场，模拟深埋洞室围岩的初始应力状态；然后在该岩质薄板的上下侧面施加初始荷载P₁，P₁取值范围为1‑100MPa、在其左右侧面施加初始荷载P₂，P₂取值为P₁‑(i‑1)P₀，i＝1,2,3,…,N，P₀为5‑10MPa；步骤四，数据采集测试系统调试以及岩样加载完成后，利用霍普金森杆中的冲击杆冲击预装配的岩塞，岩塞高速飞出，实现圆孔周围岩石的瞬态卸载，使卸载速率达到10‑100MPa/s；步骤五，另取一套岩样，重复上述步骤二至四，改变岩质薄板的初始荷载和冲击杆的冲击速率，改变冲击杆的冲击速率可以调节岩样薄板的卸载速率，直至获得N套岩样的岩石应力‑应变关系；步骤六：根据实验获得的岩石应力‑应变关系，定量计算岩石的岩爆倾向性指数。