[发明专利]可获得峰前滞后损伤岩样抗剪强度参数的单试件测定方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩石损伤程度及其抗剪强度参数测定技术领域，具体是一种可获得峰前滞后损伤岩样抗剪强度参数的单试件测定方法。

背景技术

大量工程实践表明，在高应力条件下的深部地下工程在开挖后势必会造成周边围岩产生不同程度的破裂损伤，甚至突发性破坏。众所周知，岩石在外部荷载作用下的整个渐进破坏过程包括微孔隙(裂隙)压密，随机微破裂损伤产生，损伤破裂局部化形成微裂纹，微裂纹交叉联合，直至最终宏观破坏。随着微破裂损伤加剧，岩石内部承载结构受到逐步削弱而导致岩石强度衰减及其力学参数发生变化。

岩石破裂损伤程度可用岩石卸载后产生的不可逆塑性变形来描述。岩石损伤程度越大，卸载后产生的不可逆塑性变形越大。岩石强度衰减及其力学参数变化可通过力学试验来获取，但岩石强度是在外荷载作用下岩石达到破坏时刻的最大承载力除以受载面积来获得，对应的是完整岩样(无微破裂损伤)的峰值载荷那一特定时刻的力学参数，不能获得岩石峰值前任一损伤状态(不同损伤程度)下岩样的强度参数及其变化规律。

在深部地下工程中，岩爆并不随岩体开挖立即产生，而会滞后开挖一段时间、在地下工程周边围岩产生一定程度破裂损伤后在某一时刻突发性冲击破坏，常伴随有围岩体剥落、岩块弹射、甚至大量岩体抛出等动力现象。在掌子面开挖后的5～45h、距掌子面6～20m的范围内是岩爆发生的高峰期，在掌子面开挖后65h甚至更长时间也发生过多次强度较大的岩爆，这种岩爆滞后于开挖现象称之为迟滞岩爆。大量工程实践表明，地下工程开挖引起的围岩失稳破坏主要由开挖后应力改变和岩石强度衰减共同作用引起。因此，迫切需要通过室内试验研究在峰前某恒载作用下岩石滞后变形损伤后的强度衰减及其力学参数变化规律，这对于迟滞岩爆孕育机理研究，揭示迟滞岩爆机制及其岩爆时间预测具有重要的现实意义。

如何有效地利用单个岩样在岩石峰前阶段制作损伤状态可控的滞后损伤岩样，并同时获得在峰前某特定损伤状态下的岩石损伤程度及其岩石抗剪强度参数变化规律，进而准确描述峰前岩石力学性质参数，对于地下工程施工力学过程的稳定性评价与支护优化设计具有重要意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明提供一种可获得峰前滞后损伤岩样抗剪强度参数的单试件测定方法，在岩石峰前阶段制作损伤状态可控的滞后损伤岩样，然后利用同一岩样获取在该特定损伤状态下的岩石损伤程度及其抗剪强度参数变化规律。

本发明是以如下技术方案实现的：一种可获得峰前滞后损伤岩样抗剪强度参数的单试件测定方法，包括如下各步骤：

步骤1：首先在需要进行力学参数测试的工程岩体中进行截割取样，将现场取得的测试岩体加工成标准圆柱体岩石试件；

步骤2：将圆柱体岩石试件置于岩石三轴试验机的压力室内，在圆柱体试件轴向和环向上分别敷设位移传感器，并保证能进行实时数据传输到位移采集器里，实现圆柱体试件的轴向应变和环向应变数据的实时获取；

步骤3：岩石峰前滞后损伤岩样制作，具体如下：

步骤301：按照现场实际工程岩体的最小主应力水平，按应力控制加载方式，对试件进行轴压和围压加载至静水压力状态a点，该状态下轴压σ₁^a＝围压σ₃^a；然后增加轴压至现场工程岩体的最大主应力水平，使得岩石试件处于现场工程岩体原岩应力水平状态b点，该状态下轴压σ₁^b>围压σ₃^a；

步骤302：保持该级围压σ₃^a恒定，按位移控制加载方式，施加轴向荷载至现场工程岩体受到的外荷载次生应力水平c点，该状态下轴压σ₁^c>围压σ₃^a；

步骤303：当试件轴、围压施加至次生应力水平c点后，保持此应力水平的恒载作用一段时间至d点，待试件轴向变形缓慢增长后逐步稳定下来并连续保持100s未发生变化时即可卸载至原始地应力状态e点，该状态下轴压＝σ₁^b，围压＝σ₃^a；通过这种循环加载-保载-卸载方式制作好损伤状态可控的峰前滞后损伤岩样。

步骤4：岩石峰前滞后损伤岩样的损伤程度测定，具体如下：