[实用新型]大尺度脆性岩体特征强度测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种大尺度脆性岩体特征强度测试装置。适用于地下岩石工程领域，尤其是对于现场岩体强度具有较高要求、埋深较大的水电工程、石油储存工程、核废料处置工程等。

背景技术

随着我国经济建设的蓬勃发展，复杂地质条件下的基础设施建设也不断增多，特别是近年来出现了大量的深埋地下工程需要建设，在这些工程中存在着大量的长大隧洞和大型地下洞室群，其突出特点是埋深大、地质条件复杂、地应力水平高，开挖以后围岩会出现破裂损伤，破裂损伤的存在将对工程的安全性产生重要影响，为地下水的流动、核废料的扩散等提供通道。损伤是应力水平与岩体强度矛盾突出的结果，因此，对于岩体强度的研究已经成为国际上的研究热点。

关于小尺度脆性岩石的强度研究，已经取得了较为丰富的研究成果。根据不同应力水平下岩石内部裂纹的压密、扩展、连接和贯通的不同阶段，将脆性岩石的应力应变曲线分为压密、弹性、裂纹扩展和裂纹非稳定扩展四个阶段，在这四个阶段中出现的闭合强度、启裂强度、损伤强度统称为特征强度，分别对应着裂纹压密、裂纹启裂、裂纹扩展三个阶段，在室内试验中可以通过配合声波、声发射、应力和位移传感器能够比较精确的确定，其中启裂强度大约为40％～50％岩石抗压强度，损伤强度大约为70～80％岩石抗压强度。目前对于小尺度脆性岩石特征强度的研究，也主要集中在单轴加载条件下，对于有围压条件下的岩石特征强度研究，主要依赖于应力-应变曲线，缺乏直接的测试设备。

上述的研究都是基于室内试验的基础上展开的，试验的对象都是针对小尺度岩块，而在工程实践中很少能遇到完整的岩石，更多的是包含不同类型、不同尺寸结构面的大尺度岩体，而岩体强度参数的选择对于估计地下工程周围岩体的力学行为至关重要。

除了尺度上的差异外，实验室中的岩石试验和现场岩体的另一个区别是应力路径的不同。岩石试样在取样过程中必须经历完全的应力解除，在单轴压缩或三轴压缩过程中需要承受单调的方向不变的加载路径。而在现场实践中，地下工程周围的岩体必然会经历一个完全不同的更加复杂的应力路径，这种应力路径单纯依靠室内试验是很难真实模拟的。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种大尺度脆性岩体特征强度测试装置，以实现在现场进行特征强度测量。

本实用新型所采用的技术方案是：一种大尺度脆性岩体特征强度测试装置，其特征在于：在现场岩体内开挖有辅助洞，辅助洞一侧的边墙上往岩体内开挖有测试洞和围压洞，测试洞内向围压洞方向布设有若干监测孔，监测孔内设置监测仪器；

所述围压洞内由外向内依次设有回填混凝土层、缓冲材料层和高强度钢筒，围压洞洞口处设置封闭门；所述辅助洞内设有连通围压洞的充水装置和排水装置。

所述测试洞内向围压洞方向布设有用于在不同围压阶段对岩体进行声波测试和钻孔电视扫描的长观孔。

所述充水装置包括设置于辅助洞内、含有阀门和压力表的压水装置，压水装置经充水管连通所述围压洞内；所述排水装置包括设置于辅助洞内的排水竖井和从围压洞内延伸至排水竖井的排水管。

所述监测仪器包括空心包体应力计、多点位移计和声发射探头。

所述围压洞与测试洞之间间距为介于2～3倍测试洞洞径，所述测试洞的长度大于3倍所述辅助洞洞径。

所述围压洞洞径为1m，测试洞洞径为2m，辅助洞洞径为4～6m。

所述高强度钢筒的强度大于20MPa。

所述监测孔与围压洞洞壁之间间隔距离大于1倍围压洞洞径，监测孔分别对应围压洞上部、中部和下部布置。

所述测试洞洞型为圆型；所述围压洞洞型为圆型。

一种大尺度脆性岩体特征强度测试方法，其特征在于步骤如下：

1、开挖辅助洞；

2、在辅助洞一侧边墙上往岩体内开挖测试洞，并在测试洞内向拟开挖的围压洞方向布设长观孔和若干监测孔，监测孔内布置监测仪器，监测仪器包括空心包体应力计、多点位移计和声发射探头；

3、在辅助洞与测试洞同侧的边墙上往岩体内开挖围压洞，待开挖至指定长度后，停止开挖并保持1周时间，确保围岩时效破裂基本完成；

4、在围压洞洞壁上依次施工回填混凝土层、缓冲材料层和高强度钢筒；

5、在辅助洞内设置连通围压洞内的充水装置和排水装置，并在辅助洞洞口设置封闭门；

6、通过充水装置向封闭门和围压洞形成的封闭腔室内充水，每次向封闭腔室内增加1MPa的水压力并保持一段时间；