[发明专利]一种在点荷载试验中测定岩石材料峰值荷载点处弹性变形能的方法

说明书

技术领域

本发明属于岩石工程领域，特别涉及一种在点荷载试验中测定岩石材料峰值荷载点处弹性变形能的方法。

背景技术

在外力作用下，岩石材料承载后可能发生破坏，其破坏过程中必然伴着随能量的储存与释放，从能量角度分析岩石的破坏行为及研究岩石力学问题具有重要意义。点荷载试验是测定岩石材料受压破坏的一种重要试验方法。岩石试样进行点荷载试验并发生破坏，在受载过程中必然伴随着能量的储存与释放。纵观点荷载试验的研究现状及研究成果，未见具体测定点荷载作用下岩石材料峰值荷载点处的弹性变形能的方法。

发明内容

本发明提供了一种在点荷载试验中测定岩石材料峰值荷载点处弹性变形能的方法，其目的在于，克服现有技术中无法在点荷载试验前提前获知岩石材料峰值荷载点，从而无法获得岩石材料的弹性变形能的问题。

一种在点荷载试验中测定岩石材料峰值荷载点处弹性变形能的方法，包括以下步骤：

首先，根据常规静载点荷载试验得到峰值荷载平均值F_max，将5个相同的圆柱体试样分别进行一次加卸载点荷载试验，获得5个圆柱体试样的一次加卸载点荷载试验的荷载-位移曲线；

其次，根据得到的圆柱体试样的一次加卸载点荷载试验的荷载-位移曲线，求得圆柱体试样在各卸载点处的总输入能和储存的弹性变形能的值，i表示加卸载试验次数；

接着，对至少5组总输入能和储存的弹性变形能的值进行拟合，得到各卸载点处和的值和两者之间的一次函数关系式：其中，a和b为拟合得到的常数；

然后，基于一次函数关系式把岩石材料峰值荷载点处的总输入能代入上述函数关系式，计算出岩石材料在峰值荷载点处的弹性变形能

进一步地，所述将5个相同的圆柱体试样分别在所述的5个不同卸载点处进行一次加卸载点荷载试验，是指取5个相同规格的圆柱体试样分别进行一次加卸载点荷载试验，试验机先以5KN/min的加载速率对圆柱体试样进行加载，当达到设置的卸载点时进行卸载，设置的卸载点分别为0.1F_max、0.3F_max、0.5F_max、0.7F_max、0.9F_max；当卸载至0.02F_max时，再以0.1mm/min加载速率加载至试样破坏，分别获得5个不同卸载点岩石试样的一次加卸载点荷载试验的荷载-位移曲线；

进行加卸载试验前，将圆柱体试固定于点荷载试验的两个加载锥之间，使得两加载锥之间的连线位于岩石试样的轴心线上且与试样的两圆形端面垂直；

用于点荷载试验的加载锥锥端部曲率半径为5mm，锥顶角为60°；

其中，卸载时的控制方式、卸载速率和加载时保持一致。

进一步地，所述岩石材料峰值荷载点处的总输入能，为常规静载点荷载试验的荷载-位移曲线中峰值荷载前的加载曲线与横坐标轴所围成的面积的值；

所述常规静载点荷载试验是指试验机以5KN/min的加载速率加载至圆柱体试样破坏。

进一步地，所述岩石材料峰值荷载点处的总输入能，为一次加卸载点荷载试验的荷载-位移曲线中初次加载曲线与横坐标轴所围成的面积的值和二次加载曲线中卸载点到峰值荷载前的曲线与横坐标轴所围成的面积的值之和。

进一步地，所述圆柱体试样是对需要试验的工程岩体利用立式取芯机钻取岩芯，岩芯直径为50mm，高度为50mm。

进一步地，利用试验机以5KN/min的加载速率对1个圆柱体试样进行加载至圆柱体试样破坏，圆柱体试样的常规静载点荷载试验的荷载-位移曲线，从荷载-位移曲线提取峰值点作为所述峰值荷载值F_max。

进一步地，所述的荷载-位移曲线中的位移为纵向位移，其方向与所受荷载的方向一致。

有益效果