[发明专利]一种测试法向卸荷条件下岩石剪切力学性质的试验方法

说明书

本发明涉及一种测试法向卸荷条件下岩石剪切力学性质的试验方法，试验过程中，首先使竖向和水平压头与剪切盒接触，然后施加法向应力至初始法向应力设计值，再施加剪应力至初始剪应力设计值，最后以恒定速度卸载法向应力直到试样破坏，试样剪切破坏前，法向应力逐渐减小而剪应力保持不变。该方法加载方式简单易行，能够模拟岩石卸荷引起的剪切破裂，采用该方法能够得到法向卸荷条件下岩石的强度和变形特征，了解岩石在卸荷条件下的特有剪切力学性质，为工程岩体稳定性控制和失稳预警提供理论依据。

技术领域

本发明涉及岩石力学领域，尤其涉及一种测试法向卸荷条件下岩石剪切力学性质的试验方法。

背景技术

在地下硐室、边坡开挖和河谷下切等人为和自然因素作用下，岩体产生强卸荷作用，由此引起的围岩失稳、滑坡甚至岩爆等灾害常有发生。卸荷破坏是工程岩体破坏非常重要的形式。由于岩石的非均质非连续特征，岩石在卸荷和加载作用下的强度和变形特征具有显著的不同，即应力路径会影响岩石的力学行为。因此，对于卸荷条件下岩石的力学行为的研究是十分必要的，学者们在该领域做了大量的研究工作。

目前对岩石卸荷力学行为的研究多采用三轴卸荷试验(张黎明,王在泉,孙辉,等.岩石卸荷破坏的变形特征及本构模型[J].煤炭学报,2009(12):1626-1631.)，三轴卸荷试验方法主要分为两步：(1)加载围压和轴压至目标值；(2)卸载围压直到试样破坏。三轴卸荷试验的主要研究对象是岩石的卸荷压缩强度、变形和能量耗散。然而，不管是在加载还是卸荷条件下，岩石的剪切破坏始终是其重要的破坏形式，岩石的剪切力学行为是岩石力学关注的重点之一。采用三轴卸荷试验不能模拟岩石卸荷条件下的剪切破裂，需要提出一种能够模拟岩石卸荷条件下剪切破裂的方法，对岩石卸荷条件下剪切力学行为进行研究。

发明内容

本发明的目的是提出一种测试法向卸荷条件下岩石剪切力学性质的试验方法。该方法加载方式简单易行，能够模拟岩石卸荷引起的剪切破裂，采用该方法能够得到法向卸荷条件下岩石的强度和变形特征，了解岩石在卸荷条件下的特有剪切力学性质，为工程岩体稳定性控制和失稳预警提供理论依据。

本发明的技术方案是：一种测试法向卸荷条件下岩石剪切力学性质的试验方法，试验过程中，首先使竖向和水平压头与剪切盒接触，然后施加法向应力至初始法向应力设计值，再施加剪应力至初始剪应力设计值，最后以恒定速度卸载法向应力直到试样破坏，试样剪切破坏前，法向应力逐渐减小而剪应力保持不变。

包括以下步骤：

a.切割打磨岩石试样；

b.将岩石试样放置在剪切装置内，将剪切装置放置在剪切试验机内准备加载；

c.调整剪切试验机的竖向压头，竖向加载系统通过竖向压头给试样施加法向力，使竖向压头与剪切盒接触；

d.调整剪切试验机的水平压头，水平加载系统通过水平压头给试样施加剪力，使水平压头与剪切盒接触；

e.采用应力控制模式，施加法向应力至初始法向应力设计值σ_ni，并保持不变；

f.采用应力控制模式，施加剪应力至初始剪应力设计值τ_ni，并保持不变；

g.采用应力控制模式卸载法向应力，直到试样发生破坏；

h.试样破坏后，立即关闭试验机加载系统。加载系统关闭时，应先关闭水平加载系统，然后关闭竖向加载系统。

设置至少五组初始剪应力进行试验，重复上述步骤b-步骤h，至少五组试验的结果通过直线拟合，得到强度包络线。

所述试样为长方体试样，试样加工精度和表面平整度符合国标标准；

步骤c和步骤d中所施加的法向力和剪力的大小均为0.1kN。