[发明专利]一种评价冻融循环下岩石单轴抗压强度的无损预测组合方法

说明书

本发明涉及一种评价冻融循环下岩石单轴抗压强度的无损预测组合方法，包括：取待测岩石的完整岩块制作多块标准岩石试样；对多块标准岩石试样不断重复进行冻融循环，直至标准岩石试样被破坏；在重复冻融循环过程中，每完成五次冻融循环后，进行一次测定过程，根据质量、纵波波速及孔隙度，运用单轴抗压强度公式计算待测岩石的极限单轴抗压强度。该无损预测组合方法，以超声波技术和核磁共振技术共同确定岩石的孔隙率和内部裂隙的走向，以重量控制岩石的宏观完整性，实现了岩石的微观与宏观结构的控制，使得预测岩石单轴抗压强度更加准确。

技术领域

本发明涉及裂隙岩石损伤检测技术领域，特别涉及一种评价冻融循环下岩石单轴抗压强度的无损预测组合方法。

背景技术

损伤是指材料的微缺陷(如微裂纹和空隙)在荷载作用下发生扩展并相互连通，导致其力学特性参数的衰减，材料逐渐劣化并导致破坏的现象。可见，材料损伤的实质是其内部裂隙系统的扩展。基于该前提，通过裂隙率来定量表征材料损伤则成为可能。然而，由于试验技术水平的限制，岩石裂隙率难以直接测得，目前，岩石裂隙率的定量表征方法主要有CT扫描、数字图像处理、压汞法、核磁共振、声波测试等。CT扫描、图像处理技术可获得岩石有限个断面上的裂隙率，属于二维范畴；能谱分析、压汞法、核磁共振、声波测试技术则可以间接获得岩石的体积裂隙率。同时岩石的强度显然与岩石的完整性紧密相关，可以通过岩石的质量变化表示岩石完整性的改变。其中，质量，核磁共振与超声波测试均属于无损检测方法，可对同一试样进行多阶段、多状态的持续测试，有效避免了有损检测时因各阶段采用不同试样而产生的试样个体差异造成的误差，且操作相对简单，而在实际工程中得到了广泛应用。

同时岩石的单轴抗压强度被认为是岩石工程实践中重要的岩土工程参数。因此，研究评估冻融循环下岩石单轴抗压强度退化的各种方法具有重要意义(Sinaie等，2015)。在岩石损伤裂隙的超声波研究方面，赵明阶(2000)用岩石在未受荷载条件下的超声波速定义岩石的初始损伤变量，并给出了运用岩石超声波速估计岩石强度的方法；徐松林(2011)研究了岩体在受荷条件和卸荷条件下超声波波速特征；李鹏(2013)研究了通过超声波波速估算岩体质量的方法。但目前多采用超声波测试技术间接建立纵波波速与力学参数、损伤次数等因子之间的关系，而并未明确提出采用纵波波速表征岩石体积裂隙率。在岩石损伤裂隙的核磁共振研究方面，A.R.Tice应用核磁共振技术测得了冻水与未冻水之间的关系；赵杰等展开了核磁共振技术评价空隙结构的工作；张超谟等建立了利用核磁共振T₂谱研究空隙分形结构；王胜建立了砂岩核磁共振T₂值与孔隙半径之间的数学模型，核磁共振在岩石裂隙的研究中越来越深入，但是更多的是对孔隙率有一个比较准确的研究，像裂隙的走势以及岩石宏观的完整性无法很好地反映。

发明内容

本发明提供了一种评价冻融循环下岩石单轴抗压强度的无损预测组合方法，解决了现有方法无法精确无损确定冻融岩石的强度和弹性模量的技术问题，实现了冻融循环下岩石损伤强度的无损预测，使得预测岩石单轴抗压强度更加准确的技术效果。

本发明所提供的一种评价冻融循环下岩石单轴抗压强度的无损预测组合方法，包括以下步骤：

取待测岩石的完整岩块制作多块标准岩石试样；

对多块所述标准岩石试样不断重复进行冻融循环，使所述标准岩石试样不断产生裂隙损伤，直至所述标准岩石试样被破坏；

在重复所述冻融循环过程中，每完成五次所述冻融循环后，进行一次测定过程，所述测定过程包括：将所述标准岩石试样烘干，测定所述标准岩石试样的质量；通过超声波测试所述标准岩石试样的纵波波速；通过核磁共振技术测定所述标准岩石试样的核磁共振信号幅度与氢核数量，并通过孔隙度公式计算所述标准岩石试样的孔隙度；

根据所述质量、所述纵波波速及所述孔隙度，运用单轴抗压强度公式计算所述待测岩石的极限单轴抗压强度。

作为优选，还包括：对所述待测岩石的极限单轴抗压强度进行验证，所述验证过程为：