[发明专利]多级应力分级加载蠕变力学试验确定岩石长期强度的方法

权利要求书

1.一种多级应力分级加载蠕变力学试验确定岩石长期强度的方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)岩石工程现场勘测采样，制作岩石试件；

(2)将试件安装至岩石三轴流变力学试验仪器内，并调整轴向应变和环向应变测量系统至初始值；

(3)按照应力荷载控制模式对试件进行多级应力分级加载蠕变力学试验，直至试样被破坏，在此过程中，测量试验全程不同应力作用下轴向压缩应变和环向扩容应变随时间的变化；

(4)根据试验全程轴向压缩应变和环向扩容应变数值，计算两者之和，即试件试验全程体积应变随时间变化；

(5)绘制岩石蠕变曲线，判定每级应力荷载作用下蠕变曲线的衰减蠕变阶段和稳态蠕变阶段，并计算轴向、环向和体积稳态蠕变速率；

(6)绘制轴向、环向和体积稳态蠕变速率随应力水平变化的关系曲线，确定其交点，该交点对应的应力即为岩石的长期强度。

2.如权利要求1所述的一种多级应力分级加载蠕变力学试验确定岩石长期强度的方法，其特征是：所述步骤(1)中，岩石试件为圆柱形，尺寸符合际岩石力学学会推荐标准，为50mm×100mm(直径×长度)的圆柱状试件或制备成高度与直径比为2:1的圆柱形岩石试件。

3.如权利要求1所述的一种多级应力分级加载蠕变力学试验确定岩石长期强度的方法，其特征是：所述步骤(1)中，岩石试件的制备方法为：首先采用岩石取芯机对原始岩块进行钻孔取芯，获得圆柱状端面不平整的长岩块；其次采用岩石切割机对长岩芯的端面进行切割得到端面平整的圆柱形试样；最后采用岩石磨平机对圆柱形试样端面进行磨平，制备好的圆柱形试样需采用砂纸研磨，进而保证上下端面平行，侧面光滑。

4.如权利要求1所述的一种多级应力分级加载蠕变力学试验确定岩石长期强度的方法，其特征是：所述步骤(3)中，具体方法为：多级应力分级加载蠕变力学试验在恒温恒湿条件下进行，属单试样等围压、轴向偏应力分级加载的三轴蠕变力学试验；首先施加围压至应力稳定；其次保持围压恒定，施加初始偏向轴应力σ₁，保持恒定偏应力荷载，测量应力σ₁作用下轴向压缩应变ε₁和环向扩容应变ε₂随时间的变化，待变形稳定后进行下级应力加载，进而施加第三级应力σ₃，以此类推直至试件发生蠕变破坏；得到试验全程不同应力σ_i作用下轴向压缩应变ε₁和环向扩容应变ε₂随时间的变化。

5.如权利要求1所述的一种多级应力分级加载蠕变力学试验确定岩石长期强度的方法，其特征是：所述步骤(3)中，初始偏向轴应力σ₁取岩石抗压强度的10％-25％，第二级应力σ₂取岩石抗压强度的35％-50％，第三级应力σ₃取岩石抗压强度的60％-75％。

6.如权利要求1所述的一种多级应力分级加载蠕变力学试验确定岩石长期强度的方法，其特征是：所述步骤(5)中，绘制岩石蠕变曲线，即恒定偏应力作用下，岩石变形随时间的变化曲线；判定每级应力荷载作用下蠕变曲线的衰减蠕变阶段和稳态蠕变阶段，并计算轴向环向和体积稳态蠕变速率。

7.如权利要求1所述的一种多级应力分级加载蠕变力学试验确定岩石长期强度的方法，其特征是：所述步骤(5)中，具体方法为，对稳定边界予以判别；首先确定不同轴向应力稳态速率渐近值取单级应力不包含加速蠕变曲线段的末尾段变形速率；其次，设定蠕变速率阀值当蠕变速率时，即认为此刻达到衰减蠕变和稳态蠕变的稳定边界。

8.如权利要求7所述的一种多级应力分级加载蠕变力学试验确定岩石长期强度的方法，其特征是：所述步骤(5)中，蠕变阀值取

9.一种岩石三轴流变力学试验仪器，其特征是：包括恒定围压加载系统、恒定偏压加载系统、轴向应变测量系统、环向应变测量系统、试样装置系统和数据传感系统，其中，恒定围压加载系统用于试验过程中围压的施加并长期保持恒定，恒定偏压加载系统用于试验过程中偏压的施加并长期保持恒定，恒定围压加载系统、恒定偏压加载系统均连接试样装置系统，轴向应变测量系统用于准确测量试样的轴向应变、环向应变测量系统用于准确测量试样的环向应变，两者均设置于试样系统外侧，试件装置系统用于安装试件并将其固定，数据传感系统连接试件装置系统，用于采集并传输试验全程试件轴向和环向应变的变化。