[发明专利]一种研究高应力下岩石楔形体失稳破坏的试验方法

权利要求书

1.一种研究高应力下岩石楔形体失稳破坏的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在岩爆多发地选取岩石样本，并切割制作矩形岩石试样；

步骤二：岩石试样在巴西劈裂条件下，先后生成两个互相交叉并有一定夹角的粗糙结构面，两个结构面组成“Y”字型，以此反映真实岩体中的主结构面和次生结构面，且该两个交叉结构面与岩石试样外表面构成一个楔形体；

步骤三：对岩石试样的两个交叉结构面进行三维扫描，获得两个结构面的点云数据，并在此基础上估算主结构面和次生结构面的粗糙度值JRC₁和JRC₂；

步骤四：将“Y”字型结构面岩石试样拼接在一起，使三部分紧密扣合，然后，在组合试样表面先后喷涂白色油漆和黑色油漆斑点，作为散斑系统监测岩石试样表面位移场的标识点，以便在加载过程中实现位移监测预警；

步骤五：将“Y”字型结构面岩石组合试样安放到单轴压缩试验机上，并在岩石试样上部和底部安装声发射监测探头；

步骤六：对“Y”字型结构面岩石试样进行单轴加载试验，直至岩石试样破坏，记录试样破坏时峰值法向应力σ_c；

步骤七：根据峰值法向应力σ_c分别计算求得两个结构面处的法向应力分量σ_n及剪切应力分量τ，包括主结构面法向应力分量主结构面剪切应力分量τ₁；次生结构面法向应力分量次生结构面剪切应力分量τ₂；并在试验过程中记录试验机、散斑位移监测系统以及声发射监测系统的所有试验监测数据，包括加载时间、加载速率、加载力、散斑位移场、声发射信号；其中：

所述的法向应力分量和与切向应力分量τ₁和τ₂分别采用如下两个公式计算：

两式中：

θ为两个结构面与水平面的夹角θ₁与θ₂；

σ_c为组合试样破坏时的峰值法向应力值；

步骤八：重复步骤二至步骤七的操作进行多组试验，分别考察不同结构面粗糙度、结构面夹角及加载方式下岩石破坏的前兆特征，并将结构面的峰值剪切强度τ′₁和τ′₂与组合岩石试样破坏时的剪切应力分量τ₁和τ₂进行对比分析，得到交叉组合结构面岩石试样发生不同失稳破坏模式的应力条件；通过位移场变化，及声发射前兆信号判断研究特定岩石楔形体失稳破坏的综合预警指标。

2.根据权利要求1所述的研究高应力下岩石楔形体失稳破坏的试验方法，其特征在于，所述步骤二中，两个结构面与水平面夹角θ₁与θ₂范围均为5°～60°，岩石试样的尺寸为高150～200mm，长100mm，宽50mm；两条结构面的交叉点位置距离楔形体破坏弹出侧面40mm，两条结构面的边缘距离模型的上下表面不低于30mm。

3.根据权利要求1所述的研究高应力下岩石楔形体失稳破坏的试验方法，其特征在于，所述步骤六中，破坏包括沿主结构面滑移失稳、楔形体弹出或整体碎裂失稳破坏。

4.根据权利要求1所述的研究高应力下岩石楔形体失稳破坏的试验方法，其特征在于，所述步骤六中，单轴加载即在竖直方向采用恒定速率、恒定应力梯度或恒定功率模式进行加载。

5.根据权利要求1所述的研究高应力下岩石楔形体失稳破坏的试验方法，其特征在于，所述步骤七中，声发射信号包括撞击率、能量率、b值。

6.根据权利要求1所述的研究高应力下岩石楔形体失稳破坏的试验方法，其特征在于，所述步骤八中，两个结构面的峰值剪切强度采用下述公式计算：

式中：

τ′为结构面的峰值剪切强度，主结构面值记为τ′₁，次结构面值记为τ′₂；

σ_n为两个结构面上的法向应力分量，此处为和由公式2求得；

JRC为步骤三中估算得到的主结构面与次结构面的粗糙度值，JRC₁和JRC₂；

JCS为结构面壁面强度，对于新鲜结构面等同于岩石单轴抗压强度；

为岩石的基本摩擦角。