[发明专利]反映岩石长加载历时蠕变行为的测试方法

说明书

本发明涉及岩土工程领域，尤其涉及一种岩石蠕变行为的测试方法。针对工程建设对研究期限的要求及实验室测试的实际状态等面临的难题，本发明提出一种反映岩石长加载历时蠕变行为的测试方法，该方法采用提高测试温度，通过高应力下加载蠕变与高应力加载蠕变后的低应力下的损伤恢复蠕变相结合的试验测试技术，分别获得短历时下的蠕变时间与速率的关系，实现了利用短期蠕变测试获得反映工程现场实际蠕变状态的有效蠕变速率。

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，尤其涉及一种岩石蠕变行为的测试方法。

背景技术

深部地下岩体一般处于深埋高温高压环境之中，高压应力场会导致岩体发生蠕变变形，高温温度场则会导致蠕变变形的加速，从而给工程建设和安全运营造成不利影响。特别是对于深部地下盐穴能源储库中的盐岩，由于储库埋深通常在地下1000米以下，甚至超出了2000米。2000米时的温度可达86℃，应力可达50MPa。盐岩蠕变变形对温度和应力极为敏感，应力增加或温度升高，均会导致盐岩变形加速。通过室内蠕变试验，能否获得反映储库现场盐岩在储库长期运营年限下的有效蠕变速率，直接决定了工程设计的合理性及运营的经济性。

通过室内试验，获得能反映工程现场实际蠕变状态的相对可靠的蠕变速率，则需要在室内开展加载测试时间非常长的蠕变试验，例如加载时间不低于2年，甚至更长(如10年)。之所以需要加载非常长的时间，是因为岩石在恒定荷载作用下，蠕变变形是在持续不断发展的，加载测试时间越短，实验室得到的蠕变速率越高，与工程现场实际蠕变速率相差越大。用短历时蠕变获得的高的蠕变速率设计的盐穴储库工程，不仅工程的实际可用年限缩短，同时工程建设需投入的经济成本越高，并且建成后的运营经济效益也越差。

事实上，盐穴储库工程从拟建到建设完成，包括勘探、设计和建设在内的整个周期，通常是4～5年周期。在如此段的周期内，获得拟建场址的样品，然后完成较长加载时间的蠕变试验后，再利用实验室得到的蠕变测试参数进行工程设计和建设，从实际情况上讲是行不通的。

开展蠕变试验，不是一台设备就能完成的，需要多台设备同步进行，并且一旦开始加载则不能停机，这不仅要求测试设备需有足够数量，还要求整个测试过程中设备不能出现故障或测试中断，否则会导致试验失败或测得的结果不可信。实时上，不仅难以确保用于测试的设备同时有多台，更难以确保设备在长期测试中难免因各种因素导致出现试验中断的现象。因此，为了避免上述实际难题，实验室通常开展加载时间为7天的蠕变，最长的蠕变很少超过1个月，测试技术也仅仅是单个样品仅加一级荷载的单级加载，或单个样品逐渐增加加载应力的多级加载。如论是单级加载，还是逐渐增加应力的多级加载，在如此短的蠕变试验时间内，获得的结果必然是高的蠕变速率，必然不是有效的蠕变速率。

综上，其问题在于：(1)工程建设对研究期限有明确要求，留给实验室用于获得最终结果的期限极为有限，甚至是严重不够。(2)需同时多台设备开展同步测试，对设备数量要求高，通常难以满足。(3)即使具有多台设备，同步开展试验过程中，任何一台设备出现故障或测试中断，都会导致试验失败。重新试验则会严重影响研究期限，并难以保障部不再次出现问题。(4)如果是长期测试，测试时间持续周期长，需耗费大量的人力和物力，实时上难以保障。(5)要求长期测试过程中的环境温度、湿度和加载应力均保持恒定不变，对实验室的条件要求极高，短时间周期或可勉强维持，长时间下难以确保。(6)短期的蠕变结果严重偏离实际，取的加载时间不同，获得的蠕变速率不同，结果不唯一，甚至是错误会造成误导。

发明内容

针对工程建设对研究期限的要求及实验室测试的实际状态等面临的难题，本发明提出一种反映岩石长加载历时蠕变行为的测试方法，该方法采用提高测试温度，通过高应力下加载蠕变与高应力加载蠕变后的低应力下的损伤恢复蠕变相结合的试验测试技术，分别获得短历时下(例如7天～10天)的蠕变时间与速率的关系，实现了利用短期蠕变测试获得反映工程现场实际蠕变状态的有效蠕变速率。

为更好的理解本发明，先对本发明采用的三轴岩石力学测试系统进行简单描述。