[发明专利]一种在岩石蠕变试验中确定长期强度的方法

说明书

本发明提供一种在岩石蠕变试验中确定长期强度的方法，涉及岩石力学技术领域。该方法包括：为现场岩样取芯；加工岩芯形成试件；为试件安装并调整轴径向位移传感器；对试件施加轴径向荷载直至试件破坏；采集试验数据并换算输出；绘制试件轴径向蠕变曲线；计算各时刻蠕变泊松比；确定岩石长期强度。本发明提供的一种在岩石蠕变试验中确定长期强度的方法，是以岩石实际延性扩容变形为依据，综合考虑岩石蠕变过程中轴径向变形对岩石性能影响，将蠕变时间分段，绘制蠕变泊松比‑时间曲线，根据曲线拐点数据对应的应力确定岩石长期强度，使所求长期强度更好地反映岩石时效性，去除了主观判断，简单可靠，准确度较高，易于推广应用于实际岩石工程。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种在岩石蠕变试验中确定长期强度的方法。

背景技术

随着地下与隧道工程的深度不断增加，在复杂地质环境条件下所涉及的岩土力学问题也愈加复杂，这对岩石工程带来了前所未有的问题与挑战。当深部岩体的深度大于临界软化深度时，深部岩体在重力、构造应力、地下流动水以及工程扰动等条件相互作用下，岩体将表现为复杂的软岩变形特性。由于软岩受到地应力、围岩卸载、渗流以及构造应力的影响，软岩表现出来的软弱、破碎、松散、膨胀、流变与强风化等不良性质导致工程问题日益增多，诸如深部煤矿隧道围岩的大变形、大型岩体边坡沿软弱结构面的失稳与隧道结构支护困难等，同时实际工程也越来越注重岩土工程长期的稳定性和安全性，这便涉及到岩体的长期强度问题。

当工程中岩体所受的外界荷载水平达到或高于某一应力限值时就会出现稳态蠕变或加速蠕变现象，该应力限值是岩石发生稳定蠕变与非稳定蠕变的临界值，该临界限值就是岩石的长期强度。以此研究时效作用下岩体工程应力应变变化规律，为深部岩体工程开挖与支护的设计以及维护提供相应的科学依据，在丰富岩体力学理论和方法的同时，也能最大限度地避免工程事故的发生。

目前对于长期强度研究的确定方法，主要可以归纳为两种：间接法和直接法。间接法确定岩石长期强度是根据岩石破坏过程中表现出来的物理力学现象来判定，通过观察到的物理力学现象，分析找到岩石受外荷载时强度是如何变化的，发展到不同的阶段是否出现对应的临界值或有力的判据。

复杂应力状态下主要采用应力-应变等时曲线簇法进行确定；在专利《地下水封石油洞库围岩长期强度参数的确定方法》(201410399007.5)公开了利用应力-应变等时曲线或匀速稳态流变阶段流变速率确定岩石长期强的方法；该专利中所述方法仅考虑了岩石的轴向应变变化，未考虑环向和体积应变变化对岩石长期强度的影响。鉴于大多数岩石破坏时均呈现显著的体积扩容和轴向压缩，故此，应力-应变等时曲线簇法和利用应力-应变等时曲线或匀速稳态流变阶段流变速率确定法仅考虑轴向应变，对长期强度予以确定存在一定误差。匀速稳态流变阶段流变速率法即通过指数函数描述岩石试样的稳态蠕变速率，进而认为指数函数的拐点即为岩石的长期强度；鉴于指数函数为光滑的曲线，拐点并不明确，直观对其拐点予以观察势必会引起一定误差；且由于三个方向流变速率曲线变化规律存在一定的差别，导致拐点并不相同，实际工程中采用哪个方向的流变速率曲线拐点确定长期强度是个值得争议的问题。

综上所述，现存判定长期强度的方法均具有一定得主观性。因此亟需提供一种新的、定量的、适用范围广的、准确度高的岩石长期强度确定方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种在岩石蠕变试验中确定长期强度的方法，是以岩石实际延性扩容变形为依据，综合考虑岩石蠕变过程中轴向变形与径向变形对岩石性能影响，计算轴向变形能力与径向变形之间的比值泊松比，将泊松比看做随时间与应力的变化量，根据蠕变泊松比-时间曲线拐点数据开始发散点岁对应的应力来确定岩石长期强度，更能反映岩石的本质，保证了所求长期强度可以更好地反映岩石时效性。

为了实现上述目的，一种在岩石蠕变试验中确定长期强度的方法，包括以下步骤：

步骤1：将现场简单切割后的岩样用切割机进行修整，使其可以安放在取芯机上；