[发明专利]一种基于应力约束及崩解损伤的泥质软岩强度测试方法

摘要

本发明公开了一种基于应力约束及崩解损伤的泥质软岩强度测试方法，包括：环刀原状样的制备；确定上覆压力p_i，烘干‑浸水崩解；直剪试验的试样采用浸液饱和法处理，进行直剪试验；直剪试验的数据处理：以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线，直线的倾角为内摩擦角，直线在纵坐标上的截距为粘聚力；确定损伤后泥质软岩的强度稳定值。本方法既考虑了干湿循环效应的影响，同时也考虑了泥质岩的裂隙开展引起强度损失的影响。烘干‑浸水的干湿循环效应模拟了岩石所处水环境的长期作用；崩解过程中上覆压力均模拟了泥质岩在现场处于围岩应力环境。

主权项

1.一种基于应力约束及崩解损伤的泥质软岩强度测试方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)环刀原状试样的制备；(2)烘干‑浸水崩解：确定上覆压力p_i，并将环刀原状试样烘干，然后将烘干环刀原状试样置于膨胀仪中；施加设计上覆压力p_i试验荷载值后采用浸水崩解法，试样即产生膨胀崩解，测读膨胀变形时，按一定时间顺序测记试样的高度变化；(3)重复烘干‑浸水崩解步骤，直至干湿循环次数为N_j；(4)直剪试验：经过重复烘干‑浸水崩解步骤的试样先采用浸液饱和法进行处理，然后进行直剪试验，直剪试验中以小于0.02mm/min的剪切速度进行剪切,试样每产生剪切位移0.2～0.4mm测记测力计和位移读数，直至测力计读数出现峰值，应继续剪切至剪切位移为4mm时停机，记下破坏值；当剪切过程中测力计读数无峰值时，应剪切至剪切位移为4mm时停机；(5)直剪试验的数据处理：剪应力应按下式计算：式中τ—试样所受的剪应力，kPa；R—测力计量表读数，0.01mm；C—测力计率定系数，N/0.01mm；A₀—试样的初始断面积，cm²；10—单位换算系数；以剪应力为纵坐标，剪切位移为横坐标，绘制剪应力与剪切位移关系曲线；取曲线上剪应力的峰值为抗剪强度，无峰值时，取剪切位移4mm所对应的剪应力为抗剪强度τ_i,j,k；i,j,k分别指崩解上覆压力，干湿循环次数和剪切上覆垂直压力的对应编号；以抗剪强度为纵坐标，垂直压力为横坐标，绘制抗剪强度与垂直压力关系曲线，直线的倾角为内摩擦角直线在纵坐标上的截距为粘聚力c_i，j；i,j分别指崩解上覆压力，干湿循环次数的对应编号；(6)确定损伤后泥质软岩的强度稳定值；鉴于损伤演变曲线近似为双曲线，故用双曲线拟合，即式中y为强度指标参数，分别取与N对应的粘聚力c_i，j,内摩擦角N为崩解上覆设计压力下所进行的干湿循环次数，拟合后，即为强度稳定参数值；a为与干湿循环次数变化对应的变量；在强度直剪试验及烘干‑浸水的干湿循环崩解时上覆压力不宜过大，压力等级为25kPa、50kPa、100kPa、200kPa。