[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

说明书

技术领域

本发明涉及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。

背景技术

随着我国岩石工程建设规模的逐步扩大，其长期稳定和安全性问题愈发得以重视，长期强度是岩石工程长期稳定和安全分析的重要方面。工程经验及监测资料表明，许多岩石工程施工期并没有发生常规破坏，随着时间的推移，变形和应力呈现随时间的增长而缓慢变化的现象，此现象对工程长期稳定性影响较大，可直接引起失稳和破坏。研究时效作用下岩石工程应力应变状态的变化规律，以及依据规律解决、预测工程长期稳定性等相关问题均需提供准确的岩石长期强度，因此，提出一种便捷直观的长期强度确定方法显得至关重要。

长期强度的确定是岩石工程长期稳定性和安全分析的重要方面；理论上，长期强度为特定值，但依据现存方法进行理论推导并通过试验结果对其准确确定还较为困难，因此，常用一个区间或近似值进行衡量。

已有长期强度的研究主要集中在简单和复杂应力状态两个方面。简单应力状态下，可利用直接法和体积扩容法等确定；崔西海和付志亮在文《岩石流变特性及长期强度的试验研究》(崔希海，付志亮.岩石流变特性及长期强度的试验研究[J].岩石力学与工程学报，2006，25(5)：1021-1024.)中运用轴向稳定蠕变应力阀值，直接对岩石长期强度予以了确定，但此方法所得岩石长期强度偏于保守，且应力荷载分级为人为预先设计，故所得长期强度存在一定得主观性；李良权和徐卫亚等在文《基于流变试验的向家坝砂岩长期强度评价》(李良权，徐卫亚，王伟，等.基于流变试验的向家坝砂岩长期强度评价[J].工程力学，2010，27(11)：127-136.)中运用岩石体积扩容法对长期强度予以了确定，主要为采用直观观察体积应变曲线的转折点，认为其转折点对应的应力水平即为岩石长期强度，但此方法由于个人观察实验曲线的不同，亦存在一定得人为主观性。

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；徐卫亚和王如宾等在专利《地下水封石油洞库围岩长期强度参数的确定方法》(201410399007.5)中公开了利用应力-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度的方法；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，故此两种方法仅考虑轴向应变对长期强度予以确定存在一定得误差性；此外，应力-应变等时曲线法为以不同时间为参数，得到一簇应力-应变等时曲线，当时间趋于无穷大时，所对应的应力水平即为长期强度；但针对特定的岩石力学试验，时间为48h或者72h，离趋于无穷大存在一定得差距，故此方法确定长期强度存在一定得局限性；而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得误差；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话题。

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

本发明为了解决上述问题，提出了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，本方法以岩石实际延性扩容变形为依据，综合考虑轴向、环向和体积稳态流变速率，根据轴向、环向和体积稳定蠕变速率交点进行了客观判定，进而保证了求解的唯一性和准确性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

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，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。