[发明专利]一种复杂渗流应力耦合加载路径的试验方法

说明书

本发明公开了岩石工程技术领域的一种复杂渗流应力耦合加载路径的试验方法，包括：对岩石试样进行饱和试验，使岩石试样处于饱和状态；对处于饱和状态的岩石试样，开展复杂渗流应力耦合加载路径的三轴瞬时试验和蠕变试验，并采用稳态法进行渗透率测试，获得加载全过程应力应变曲线、轴向应变‑渗透率演化曲线。本发明能够根据试验结果研究地下岩体在复杂应力路径下的短长期渗流应力耦合特性，揭示地下岩石工程的渗流‑应力耦合作用和渗透演化机理，试验结果更接近真实值。

技术领域

本发明属于岩石工程技术领域，具体涉及一种复杂渗流应力耦合加载路径的试验方法。

背景技术

在大型地下工程的施工过程中经常会遇到各种复杂地质条件和应力加卸载问题，例如水利水电工程、地下石油煤层开采工程等。对于深埋地下的岩石类材料，通常会遇到水-岩石或者气体-岩石的渗流应力耦合问题，材料的渗流规律研究是多场耦合研究的关键问题之一，特别是工程岩体由于开挖、支护、地下水位变化等扰动因素造成的岩体渗透性短长期演化问题以及长期稳定性问题，关系到整个工程的安全和运营。现有技术中对于复杂渗流应力耦合加载路径的试验方法存在岩石试样与地下岩石实际环境不匹配，试验结果误差大等问题。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种复杂渗流应力耦合加载路径的试验方法，能在试验条件下使岩石试样的受力状态更接近真实岩石的受力状态，可以模拟实际工程中复杂应力状态下岩石等材料的变形渗透演化过程，试验结果更接近真实值。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种复杂渗流应力耦合加载路径的试验方法，包括：对岩石试样进行饱和试验，使岩石试样处于饱和状态；对处于饱和状态的岩石试样，开展复杂渗流应力耦合加载路径的三轴瞬时试验和蠕变试验，并采用稳态法进行渗透率测试，获得加载全过程应力应变曲线、轴向应变-渗透率演化曲线。

进一步地，所述复杂渗流应力耦合加载路径的三轴瞬时试验和蠕变试验通过在三轴压缩试验中分别采用偏压加卸载循环、围压加卸载循环和渗透压力加卸载循环来实现，具体步骤为：对处于饱和状态的岩石试样施加初始围压和渗透压力p；进行偏压加卸载循环、围压加卸载循环和渗透压力加卸载循环；进行下一级偏应力加卸载，重复此加载过程3-4次直至岩石试样破坏。

进一步地，在所述偏压加卸载循环、围压加卸载循环和渗透压力加卸载循环中根据岩石试样的峰值强度将预加卸载的力分成多个等级。

进一步地，在进行所述复杂渗流应力耦合加载路径的三轴瞬时试验和蠕变试验的过程中，保持岩石试样处于排水状态。

进一步地，所述饱和试验包括气体饱和试验或饱水试验。

进一步地，所述气体饱和试验具体为：先将岩石试样恒温120℃烘干24h，再通过气体渗透系统持续输入惰性气体直到检测到输出的气压保持不变。

进一步地，所述饱水试验具体为：先通过真空泵对岩石试样进行4h的干抽和8h的湿抽，然后放入蒸馏水中浸泡4h，再将岩石试样放入三轴伺服仪中施加渗透水压直至出水端有稳定水流出现。

进一步地，所述采用稳态法进行渗透率测试，包括：每加载或卸载到设定的偏压应力、围压和渗透水压后停留10分钟，待稳定后渗流设定的时间，记录这段时间内的渗水体积即可测其渗透率，则第i个记录间隔内渗透率的求解公式为：

式中：k_n+1为第n+1个记录间隔内岩石渗透率；V_n为第n个记录点的渗水体积量；V_n+1为第n+1个记录点的渗水体积量；Δt_n+1为第n个和第n+1个记录点之间的时间间隔；ΔP_n+1为Δt_n+1内试样两端水头压力差；H为试样的长度，μ为水的粘滞系数；A为渗透截面的面积。