[发明专利]一种基于不同开采应力路径下的岩石蠕变试验方法

摘要

本发明提供一种基于不同开采应力路径下的岩石蠕变试验方法，涉及煤矿开采过程中巷道围岩蠕变失稳技术领域。步骤如下：步骤1：制作标准岩样；步骤2：安装岩石试样；步骤3：进行常规三轴压缩下岩石力学试验，获取不同围压下岩石的全过程应力‑应变曲线；步骤4：获取制作好的标准岩样进行不同开采条件下岩石力学试验，获取岩样在不同开采方式下全应力‑应变曲线；步骤5：进行不同开采条件下岩石蠕变试验，获取不同开采条件下的蠕变曲线；步骤6：对蠕变曲线进行分析，得到在不同开采条件下巷道围岩发生蠕变失稳的判据；本发明采用的是升轴压卸围压的方式进行岩石蠕变试验，能较好的为大型煤矿的开采提供技术指导和理论依据。

主权项

1.一种基于不同开采应力路径下的岩石蠕变试验方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：制作标准岩样；步骤2：安装岩石试样；步骤3：获取制作好的标准岩样,按照步骤2安装好岩样进行常规三轴压缩下岩石力学试验，获取不同围压下岩石的全过程应力‑应变曲线；步骤4：获取制作好的标准岩样,按照步骤2安装好岩样进行不同开采条件下岩石力学试验，获取岩样在不同开采方式下全应力‑应变曲线；步骤4.1：获取制作好的标准岩样,按照步骤2安装好岩样进行基于SAM‑2000岩石试验系统的三轴压缩试验，采用应力控制方式，将轴压和围压以相同的速率w加载到静水压状态，即为预设值β_v时进行稳定；所述预设值β_v是根据岩石所处埋深的应力大小而定，其中v＝{1,2,3,4}，v＝1时代表在无煤柱开采应力路径下，v＝2时代表在放顶煤开采应力路径下，v＝3时代表在保护层开采应力路径下，v＝4时代表在常规三轴压缩状态下；所述稳定是指该应力状态下试样轴向及径向变形趋于稳定，即不出现波动或者扰动；步骤4.2：稳定以后轴压以速率进行加载到预设值ζ_v＝1.5β_v，同时围压以速率卸载到预设值δ_v＝0.6β_v，控制偏应力增加与围压卸载之比为2.25：1；对于三种开采方式下速率和的大小根据应力变化选取，表示在第v种开采路径下力学试验的轴压加载速率，表示在第v种开采路径下力学试验的围压卸载速率；步骤4.3：重复步骤4.1至步骤4.3，分别模拟无煤柱开采、放顶煤开采和保护层开采三种不同开采应力路径下的岩石力学试验，三种开采方式下的试验都是在步骤4.1和步骤4.2的基础上同时升轴压卸围压，三种开采方式下的加卸载速率不同，而加卸载变化量比值固定分别为：无煤柱开采下控制偏应力增加与围压卸载之比为4.75：1；放顶煤开采下控制偏应力增加与围压卸载之比为3.5：1；保护层开采下控制偏应力增加与围压卸载之比为2.25:1,直至岩样发生破坏，试验结束，测定岩石在不同开采方式下全应力‑应变曲线；通过全应力应变曲线，得知岩样在多大应力状态下发生破坏，预先估计蠕变发生的应力变化量，通过应力变化量设计出n个蠕变阶段；步骤5：进行不同开采条件下岩石蠕变试验，获取不同开采条件下的蠕变曲线；步骤5.1：获取制作好的标准岩样,按照步骤2安装好岩样进行基于SAM‑2000岩石试验系统的三轴压缩试验，采用应力控制方式，将轴压和围压以相同的速率w加载到静水压状态，即为预设值β_v时进行稳定；步骤5.2：稳定后轴压以速率进行加载到预设值ζ_v＝1.5β_v，围压以速率卸载到预设值δ_v＝0.6β_v，且偏应力增加与围压卸载之比为2.25:1；对于三种开采方式下速率和的大小根据应力变化选取，表示在第v种开采路径下蠕变试验的轴压加载速率，表示在第v种开采路径下蠕变试验的围压卸载速率；步骤5.3：重复步骤5.1至步骤5.3，分别模拟无煤柱开采、放顶煤开采和保护层开采三种不同开采方式下的岩石蠕变试验，得到三种不同开采方式下的蠕变曲线，3种不同开采条件下的蠕变试验均基于步骤5.1和步骤5.2的基础上进行升轴压卸围压的操作；但是三种开采方式下的加卸载速率不同，而加卸载变化量比值固定分别为：保护层开采方式下，控制偏应力增加与围压卸载之比为2.25：1，根据步骤4.3设计出的n个蠕变阶段，每级蠕变时间拟定为a小时～b小时，待每级蠕变曲线稳定后再进行下一级蠕变试验，直至岩样破坏试验结束，实测全过程蠕变曲线；放顶煤开采方式下，控制偏应力增加与围压卸载之比为3.5：1，每级蠕变时间拟定为c小时～d小时，待每级蠕变曲线稳定后再进行下一级蠕变试验，直至岩样破坏试验结束，实测全过程蠕变曲线；无煤柱开采方式下，控制偏应力增加与围压卸载之比为4.75：1，每级蠕变时间拟定为e小时～f小时，待每级蠕变曲线稳定后再进行下一级蠕变试验，直至岩样破坏试验结束，实测全过程蠕变曲线；其中，a、b、c、d、e、f代表时间参数，蠕变时间范围的拟定是根据实验室内的试验限制设定的；步骤6：对步骤5中得到的蠕变曲线进行分析，获得无煤柱开采、放顶煤开采和保护层开采三种不同开采应力路径下的岩石本构关系，得到在不同开采条件下巷道围岩发生蠕变失稳的判据。