[发明专利]一种层状岩石薄板试样制作及加载方法

说明书

一种层状岩石薄板试样制作及加载方法，试样制作阶段步骤为：利用钻机制备圆柱形岩石试样，利用切割机制备标高岩石柱样，利用线切割机依次制备长方体岩石试样和薄板试样，将薄板试样固定到相配套的打磨夹具中，利用研磨抛光机对薄板试样进行打磨直至满足设计尺寸规格。试样加载阶段步骤为：对薄板试样进行清洗并干燥，对薄板试样加载面进行减摩剂操作；在压力机下压头上固定球头加载机构，球头加载机构顶端依次固定刚性垫板和试样定位罩，将薄板试样加载面端插入定位罩的定位插槽中，调整薄板试样位置使其与球头加载机构进行对中；以位移/载荷控制方式对薄板试样进行预紧力加载至设定值；预紧力清零后以位移控制方式对薄板试样进行加载直至破坏。

技术领域

本发明属于岩体工程技术领域，特别是涉及一种层状岩石薄板试样制作及加载方法。

背景技术

在矿业工程、水利水电工程、隧道工程、地下油气储藏工程等领域中，围岩体多以层状岩石为主，在这些工程活动中所引发的岩体破坏现象，与层状岩石力学性质的各向异性特征密切相关。在大多数情况下，层状岩石的破坏程度受其结构影响，而且深部硬岩的破坏更多的是应力和结构共同作用的结果，层状岩石的层理结构面很大程度上作为弱面，其会影响和控制围岩的破坏形式和剧烈程度。

岩石的宏观变形破坏是一个渐进的损伤积累、裂纹萌生、扩展、相互作用直至最终失效的过程，岩石破坏机制和破坏过程的研究，不仅是岩石力学重要的基础课题，而且对实际岩石工程灾害的治理与预防有重要的指导意义。因此，有必要研究不同层理倾角下层状岩石的宏细观破裂机制，揭示层理倾角与裂纹孕育、扩展机制之间的相互影响规律。

在常规的单轴、三轴加载情况下，岩石的裂纹呈三维扩展形式，这可能导致试样表面裂纹的扩展不具有代表性，因而有必要基于薄板试样在二维情况下展开相关裂纹损伤及扩展机制的研究。如片麻岩、片岩、千枚岩等层状岩石，其矿物成分及结构随位置分布差异较大，这必然增加了试验结果的离散性。在研究岩石的基础力学性质过程中，减少因外部因素导致的数据波动，增加实验结果的可重复性是很重要的。因此，应尽可能在较小的区域内选择岩样并制作小规格薄板试样。通常情况下，在研究岩石破裂机制过程中多借助数字散斑相关法、高速摄影、激光全息术、散斑干涉等手段，这些研究手段客观上需要高标准的薄板试样，对试样表面的不平整度及平行度等指标有较高的要求。

由于层状岩石的层理受矿物的定向排列、成分差异等因素影响，往往会发育为弱面，因此强度较小，在外部因素扰动下，容易发生沿层理方向的损伤和破坏，因而层状岩石的小规格薄板试样的加工较为困难。另外，小规格薄板试样的加载与常规试样不同，其易发生偏心加载、平面外弯曲、失稳等情况，因此设计合适的层状岩石薄板试样制作及加载方法来规避这些问题显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种层状岩石薄板试样制作及加载方法，通过本发明的试样制作方法，能够高效准确的制作出各种层理倾角的薄板试样，大幅度减小层状岩石不均质性产生的影响；通过本发明的试样加载方法，能够有效减少薄板试样发生屈曲、失稳及因端部摩擦力较大造成的不合理破坏现象，可获得较为稳定的破坏过程。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种层状岩石薄板试样制作方法，包括如下步骤：

步骤一：钻切柱样

①、将层状岩石标本固定到钻机工作台上，使层状岩石标本的层面与钻机工作台保持垂直；

②、启动钻机，钻削方向垂直于水平面，并在层状岩石标本上钻取圆柱形岩石试样；

③、将钻取好的圆柱形岩石试样置于切割机平台上，使圆柱形岩石试样的中轴线平行于切割机平台；

④、启动切割机，切割方向垂直于圆柱形岩石试样的中轴线，并在圆柱形岩石试样上切割出若干标高岩石柱样；

步骤二：切割薄板

①、在标高岩石柱样的端面上画出矩形的切割标记线，切割标记线与层面呈β夹角；