[发明专利]观测三维方形裂隙破坏及应变场的实验方法和实验装置

说明书

本发明涉及观测三维方形裂隙破坏及应变场的实验方法和实验装置，该方法该方法将粒子图像测速法和压缩试验相结合，采用人工注模制作三维内置方形裂隙试件，分层掺入均匀的示踪粒子能观察到在单轴压缩下三维内置方形裂隙的破坏特性及实现应变场可视化，进一步提高了对三维内置裂隙断裂破坏的认识，方法简单易行、成本低。该实验装置采用脆性透明树脂材料能模拟实际岩石裂缝的现实情况，能针对三维内置方形裂隙试件测定应变场。

技术领域

本发明涉及测绘、岩土工程技术领域，具体涉及一种观测三维方形裂隙破坏及应变场的实验方法和实验装置。

背景技术

从地震震源的岩石破裂机理、土木工程核矿山工程的破坏、油气的开采、核废料的储存隔离等无不需要与岩石中的裂隙扩展规律密切相关。大型岩体工程施工过程或外载变化的情况下，往往伴随新裂纹从原生裂隙尖端处萌生、扩展甚至与相邻裂隙贯通，最后导致整个岩体的破坏。裂隙扩展所导致的岩体强度降低不仅影响岩体稳定，也能导致许多工程危害和自然灾害。例如，法国的马帕塞大坝的失稳破坏是由于坝基片麻岩中的裂隙扩展造成的；意大利的瓦依昂边坡滑移及我国长江三峡奉节段某处滑坡等事故都与其自身裂隙扩展有关。在研究岩石介质中的裂隙扩展问题时，经典断裂力学理论为扩展问题的研究奠定了理论基础。尽管如此，对于三维裂隙扩展问题一直没有得到很好的解决。同时，随着我国各种大型工程的实施，工程中经常遇到三维裂纹引起的结构破坏问题，因此，开展含三维预置裂纹岩体结构损伤研究，探讨三维岩体开裂破坏机理对于保障岩体工程的稳定性有着重要的理论价值，对于人类开展工程建设和灾害防治有重要实践意义。

众所周知，压缩性能是材料最基本的力学性能，在对材料的力学性能进行研究的过程中，对材料进行拉伸实验是必不可少的一个环节。裂隙岩体的破坏，较少表现为整体的、全面的、同时破坏，而常常是从均匀变形模式以缓慢平稳状态进入强烈变形模式的局部窄条带为主导变形的模式，这就是节理裂隙岩体中非常典型的局部化渐进破坏现象。对于三维内置裂隙的破坏过程，就其破坏机制是一个损伤演化、局部化的渐进过程，需要建立其破坏过程的可视化效果。

目前，国内外对非均质材料中的二维裂隙及透明材料中三维裂隙单轴加载下的扩展规律研究较多，由于裂隙加工难度大以及观测困难等原因，对于岩石材料中内置三维裂隙单轴、三轴加载条件下的起裂、扩展和贯通机制研究还比较少。近年来国内外学者较多地采用陶瓷、有机材料(PMMA)、混合材料、石膏及真实岩体研究单(双、三)轴加载条件下含单(多)裂隙(内置或者表面)岩石的裂纹扩展及贯通模式，取得了较多的成果。黄明利、黄凯珠(黄明利,黄凯珠.三维表面裂纹相互作用扩展贯通机制试验研究[J].岩石力学与工程学报,2007,26(9):1794-1799.)用机械法预置多个三维表面裂纹进行单轴加载试验，研究三维表面裂纹的扩展及贯通机制。清华大学水利系的林鹏，周雅能，李子昌等人(林鹏,周雅能,李子昌,等.含三维预置单裂纹缺陷岩石破坏试验研究[J].岩石力学与工程学报,2008,27(s2):3882-3887.)利用研制的电液伺服动静三轴试验机开展三轴条件下含三维预置单裂纹缺陷岩石破坏试验研究，并应用CT扫描技术观察试样损伤破坏过程，不能测试应变场。准确测量、评价三维内置裂隙的压缩宏观破坏特性和应变场的可视化是当前普遍关注的前沿问题，是推动三维裂隙扩展发展的有力手段，但现有实验技术的发展非常有限还不能准确观测到三维裂隙破坏模式。因此，对于观测三维方形裂隙破坏及应变场的实验装置和方法的研究是十分必要的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种观测三维方形裂隙破坏及应变场的实验方法和装置。该方法将粒子图像测速法和压缩试验相结合，采用人工注模制作三维内置方形裂隙试件，分层掺入均匀的示踪粒子能观察到在单轴压缩下三维内置方形裂隙的破坏特性及实现应变场可视化，进一步提高了对三维内置裂隙断裂破坏的认识，方法简单易行、成本低。该实验装置采用脆性透明树脂材料能模拟实际岩石裂缝的现实情况，能针对三维内置方形裂隙试件测定应变场。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：