[发明专利]确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法

说明书

本发明公开了一种确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法，包括以下步骤：1)将N个岩石标准试样平均分为四组；2)将各组岩石标准试样进行烘干；3)将各岩石标准试样的顶部与注水装置之间进行连接，然后在各岩石标准试样的表面涂覆止水剂；4)通过注水装置以4MPa/min的升压速率对各组岩石标准试样内部进行注水，当各组岩石标准试样的注水压力达到设计值后保持预设时间；5)绘制岩石的应力‑应变曲线；6)建立符合岩石变形特性的函数表达式；7)确定模型参数，根据模型参数确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响，该方法能够较为准确的确定渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响。

技术领域

本发明属于岩石力学与工程技术领域，涉及一种确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法。

背景技术

岩石的变形特性一直是岩石力学研究的主要内容,也是岩体工程设计的关键,岩石的变形特性影响着岩体工程的施工方案和安全。随着工程建设的发展，富水环境下的隧道和地下工程数量日益增多，由地下水渗透引起的围岩失稳问题也愈发突出。而岩石的压密阶段实验室应力应变比最小的阶段，即在很小的应力条件下即可产生很大的变形，因此，研究渗透压力作用下岩石压密的变形特性具有重要意义。

目前研究压密阶段变形的方法有多种，但其大多为三轴应力条件下的变形特性研究，但对于浅埋隧道而言，其开挖面附近岩石受力更近似于单轴应力，而单轴与三轴条件下岩石的受力及变形特性截然不同。同时，浅埋隧道上部出现的偶然荷载也会对岩石变形产生较大影响，因此，研究一种确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法，该方法能够较为准确的确定渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响。

为达到上述目的，本发明所述的确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响的方法包括以下步骤：

1)取完整岩块，采用钻心法进行取样，得N个岩石标准试样，然后将N个岩石标准试样平均分为四组；

2)将各组岩石标准试样进行烘干；

3)将各岩石标准试样的顶部与注水装置之间通过环氧树脂与固化剂的混合物进行连接，然后在各岩石标准试样的表面涂覆止水剂；

4)通过注水装置以4MPa/min的升压速率对各组岩石标准试样内部进行注水，当各组岩石标准试样的注水压力达到设计值后保持预设时间；其中，四组岩石标准试样注水压力的设计值分别为0MPa、2MPa、4MPa和6MPa；

5)在各岩石标准试样的底部涂覆润滑剂，然后再利用伺服试验机以2kN/s的速率对岩石标准试样进行加载，直至破坏为止，在加载过程中，实时采集岩石标准试样应力、应变数据以及AE特性，并绘制岩石的应力-应变曲线；

6)根据岩石压密阶段特性，建立符合岩石变形特性的函数表达式；

7)根据岩石的应力-应变曲线以及压密阶段的本构模型函数表达式，确定模型参数，根据模型参数确定不同渗透压力对单轴压缩灰岩压密阶段变形影响。

岩石标准试样的高度及直径分别为100mm及50mm。

环氧树脂与固化剂的质量比为5:1。

止水剂的涂覆层数为3层，且每层涂覆的时间间隔为8min，涂覆完成后风干48h。

步骤6)具体操作为：

由于岩石压密过程中，孔隙逐渐减小，弹性模量E_n逐渐增大，当岩石完全压密时，岩石弹性模量E_n为弹性阶段弹性模量E，因此引进压密因子D_n来反映岩石的压密情况，则有：