[发明专利]一种岩石的细观蠕变破坏过程的测试方法

说明书

本发明公开了一种岩石的细观蠕变破坏过程的测试方法，包括以下步骤：(1)制作用于岩石蠕变试验的标准试样，并通过声波检测，选出波速相近的试样；(2)选取其中的两个试样，制成切片，进行电镜扫描，得到试样的初始裂隙分布情况；(3)采用循环加卸载的方式，开展多级应力分级的蠕变试验，对每一级加载应力稳定后的试样制成切片，并电镜扫描，得到不同加载应力下的裂隙分布情况和扩展规律；(4)对得到的裂隙图像进行统计，得出裂隙的分布情况及其扩展规律。本发明能够反映出蠕变过程中的裂隙分布情况和扩展规律，对从细观方面研究岩石的蠕变机理，具有十分明确的指导意义。

技术领域

本发明涉及一种岩石的细观蠕变破坏过程的测试方法，属于岩土工程领域。

背景技术

岩石的蠕变特性是岩石的重要力学特性之一，与工程的长期稳定紧密相关。随着西部大开发的战略的实施，在我国西南的崇山峻岭地区，兴建了一大批的水利水电工程，这些大型的水电工程对我国水能资源的合理高效开发起着举足轻重的作用。与此同时，这些工程的安全和稳定，特别是运营期间的长期稳定性问题就成为保证水能资源顺利开发的必要条件之一。目前，在岩石蠕变研究中，多数是从宏观角度进行研究，主要研究了随着时间的增长，岩石变形的变化规律，这些研究对于指导岩体工程建设和施工，具有显著的指导意义，但不能反映出岩石的蠕变机理，为了能够从机制上理解岩石蠕变过程，则需要从微细观的角度进行研究，而这方面的研究相对较少。目前对岩石蠕变特性的细观分析研究方面，主要是采用扫描电子显微镜方法，简称扫描电镜(SEM)、声发射方法(AE)和X射线CT方法。电镜扫描方法具有较高的放大倍数，可以直观的观察试样的凹凸不平表面的微细结构和裂隙分布情况，因此可以采用电镜扫描的方法对蠕变过程中的裂隙分布情况进行统计分析。

目前，国内关于利用扫描电镜研究蠕变细观方面的主要研究如下：

汪为巍，曹平等在文《金川软岩蠕变破坏机理电镜实验研究》中，应用微观扫描电镜对蠕变受力情况下岩石破坏断口微观形态进行了观察研究，并分析了其产生的微观破坏机制。文中从细观角度研究岩石的破坏断口形态，对研究蠕变机理有一定的作用和意义，仅仅是对破坏断口进行了观察研究，并不能反映出蠕变过程中裂纹的分布及扩展情况，也不能定量的描述随着蠕变时间的增长，裂纹的扩展演化过程。

肖洪天，强天弛等在文《三峡船闸高边坡损伤流变研究及实测分析》中，采用扫描电镜即时记录了裂纹尖端的微裂纹发育和演化过程，并用双扭试件测试了三峡船闸花岗岩的亚临界裂纹扩展。但文中仅仅是给出了紧凑拉伸试件在给定位移加载条件下的裂纹扩展长度和时间的关系，而没有给出试件在受压情况下的蠕变过程中裂纹的宽度、面积等随着时间变化的信息。

陈文玲、赵发锁等在文《基于微观试验的云母石英片岩蠕变损伤变量研究》中，采用电子显微镜、偏光显微镜对云母石英片岩三轴蠕变的未受力阶段、即将出现加速蠕变阶段和破坏阶段的径向、轴向切片进行观测，得到云母石英片岩三轴蠕变过程的微观结构变化。并将微观结构变化产生的效应归结为损伤变量和空隙率的变化，应用统计损伤理论和简化力学模型建立损伤变量、空隙率和宏观应力、应变的关系，得到蠕变损伤变量。文中仅仅给出蠕变过程的三种情况，即未受力阶段、即将出现加速蠕变阶段和破坏阶段的微观结构变化情况，而没有给出详细的每一级应力水平下的微观结构的变化情况，用来表示整个蠕变过程的结构变化，显得并不是特别充分，另外在确定损伤变量和损伤演化方程方面，文中仅根据经验的统计损伤理论结果给出，而没有充分利用电镜扫描后的微观裂隙统计结果。

综上所述，目前采用扫描电镜研究岩石蠕变细观特性方面，尚不能全面的描述整个蠕变过程中随着应力水平的升高，裂纹的分布情况及扩展规律，所以十分有必要提出一种可以全面描述岩石细观蠕变过程的测试方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种岩石的细观蠕变破坏过程的测试方法，采用分级循环加卸载的方式可以将岩石的滞后弹性恢复在试验过程中进行记录，算出其残余变形，可将岩样的加卸载过程全面的反映在岩石蠕变曲线上，能够得到蠕变过程中更多的变形信息。