[发明专利]一种岩样轴向变形测量方法

说明书

 

技术领域

本发明属于室内岩石三轴和流变测试领域，特别涉及一种岩样轴向变形测量方法。

背景技术

由于工程岩体多处于一定的地应力条件下，破坏常为压缩剪切模式，因此岩石材料力学性能测试条件不同于传统金属材料的拉伸破坏测试。岩石压缩剪切破坏测试在单轴条件下（无侧限），轴向变形测试受界面效应和系统变形影响，测量存在误差；另外岩石流变试验更侧重长期稳定条件下轴向变形测量的精确性，测试时间较长（如几个星期、月、年）。岩石三轴条件下轴向变形测量值关联到轴向应变的计算，轴向变形测量受传感器固定位置、界面效应等因素影响，导致不确定性显著，以至于造成计算的轴向应变偏大。这些是常规金属拉伸试验轴向变形测量所不能遇到的困难。

目前国内岩石力学室内试验大都参照GBT-50266(1999)《工程岩体试验方法标准》。在岩石单轴压缩变形试验中，未规定除电阻应变片外的轴向变形测试方法，如采用线性可变差动变化器（LVDT）测量等，三轴压缩强度试验中未提及任何轴向变形测试方法，在此标准中更没有提到可供参考的流变试验中轴向变形的测量方法。美国材料与试验协会ASTM D4341-93硬岩单轴流变标准试验方法，ASTM D4405-93软岩单轴流变标准试验方法，以及ASTM D4406-93三轴流变试验标准方法中，建议使用电阻应变计，或LVDT传感器，或压缩计等轴向变形测量装置，规定了轴向变形测量传感器的精度和采集仪的分辨率的要求，未规定或者建议如何消除轴向LVDT传感器测量数据中不确定因素影响带来误差的方法。现行中国GB和美国ASTM的相关标准对岩样在单轴和三轴条件下轴向变形的测试方法均未给出可执行的详细描述，导致对标准商业和实验室科研条件下的岩石压缩实验规范性不强。当前国内外倾向大多采用内置LVDT传感器测量岩样轴向变形。如果简单采用内置LVDT传感器测量的轴向变形数值除以试样的高度计算轴向应变的通用方法，则易造成较大误差。

发明内容

针对现有岩样轴向变形测量方法存在的不足，本发明的目的在于提供一种测试精度高、结果可靠的测量岩石试样在三轴试验和流变试验中的轴向变形的测量方法。 

本发明的一种岩样轴向变形测量方法，采用岩石三轴仪/流变仪装置，包括以下步骤：

（1）固定内置LVDT传感器及岩石试样：

固定内置LVDT传感器：上部内置LVDT传感器固定支架固定在压头上，下部内置LVDT传感器固定支架固定在底座上，上部内置LVDT传感器固定支架和下部内置LVDT传感器固定支架将内置LVDT传感器固定，该固定方式称为固定方式I；将岩石试样固定在压头和底座之间； 

（2）测量岩石试样加载时压头承受的压应力、压头和底座的弹性模量、压头和底座在测量段内的高度、LVDT传感器测量到的变形值，从而确定岩石试样的变形值；再通过岩石试样的变形值和岩石试样的高度确定消除系统变形后的轴向应变：

岩石试样的变形值计算如公式1所示：

            1

式中：

——岩石试样的变形值，单位：mm；

——LVDT传感器测量到的变形值，单位：mm；

——岩石试样加载时压头承受的压应力，单位：MPa；

——压头和底座的弹性模量，单位：GPa；

——实验条件下LVDT传感器的标距减去岩样高度，单位：mm；

消除系统变形后的轴向应变计算如公式2所示：

                            2

式中：

——岩石试样的高度，单位：mm；

——消除系统变形后的轴向应变；

（3）通过步骤（2）消除系统变形后，进一步确定试样与压头及底座之间接触面间隙引起的变形，消除接触面变形后计算轴向应变：

（a）当不使用多孔金属垫片即执行非渗透试验时，通过公式3确定无多孔金属垫片且单轴条件下消除系统变形和接触面变形后的轴向应变： 

                                 3

式中：

——无多孔金属垫片且单轴条件下消除系统变形和接触面变形后的轴向应变；

——无多孔金属垫片且单轴条件下试样与压头及底座之间接触面间隙变形；

其中，根据实验室数据拟合出通用公式，采用三次多项式表达误差最小，见公式4：

     4