[發明專利]硬巖強度時間效應的測定方法

有效

• 申請號: 200910154329.2
• 申請日: 2009-11-27
• 公開（公告）號: CN101718655A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 張春生;褚衛江;劉寧
• 申請（專利權）人: 中國水電顧問集團華東勘測設計研究院
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 韓小燕

技術領域

本發明涉及硬巖在不同應力狀態條件下達到破壞所經歷時間的一種硬巖強度時間效應的測定方法，是深埋地下洞室長期穩定評價的基礎性試驗資料，適用于高應力破壞比較嚴重的水工、交通隧洞的設計和施工期優化。

背景技術

深埋硬巖隧洞建設過程中，圍巖往往都會出現高應力破壞現象，比較典型的破壞形式有片幫、破裂、應力節理等。無論是加拿大的URL地下試驗場(花崗巖)、瑞典的HRL地下試驗場(花崗巖)還是國內錦屏引水隧洞(大理巖)等不同巖性的深埋隧洞都觀察到圍巖高應力破壞的長期發展，即在不支護條件下片幫、破裂可以持續數月甚至數年。錦屏隧洞的施工過程中還發現在不同的埋深條件下，隧洞開挖后高應力破壞出現的時間呈現明顯的差異，埋深越大高應力破壞出現得越早、持續時間越長；同時硬巖脆性特征的差異性也對高應力破壞出現的時間具有明顯的影響，脆性特征越強高應力破壞出現得越早、破壞程度越激烈。因此，一個現實的問題就是解答高應力破壞何時能夠趨于停止，即評價隧洞的長期穩定性。

從巖石力學角度，上述現象涉及到硬巖強度時間效應的描述，顯然這種描述需要建立應力水平、破裂發展、持續時間三者之間的定量關系。目前對巖石時間效應的研究更多關注的是變形問題，即流變，這種研究思路和相應的試驗方法適用于軟巖和以變形問題為主的地下工程。深埋硬巖隧洞的高應力破壞更多地屬于脆性破壞，在圍巖到達破壞之前一般不會產生明顯的變位，因此傳統的流變試驗方法不再適用，需要從新的角度設計試驗方法乃至后續的分析方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一種硬巖強度時間效應的測定方法，旨在采用室內試驗測定硬巖強度的時間效應，包括不同圍壓和軸向壓力條件下，試樣保持荷載水平不變到達破壞所經歷的時間。該方法具備在常規設備上即可完成，節省開支，具備較強的可操作性和實用性的特點。

本發明所采用的技術方案是：硬巖強度時間效應的測定方法，其特征在于包括以下步驟：

1.1、準備8組硬巖試樣，每組試樣包含6塊巖樣，每塊巖樣尺寸50mm×100mm；

1.2、第一組巖樣全部在MTS上進行單軸壓縮試驗，試驗按應變加載并記錄壓縮過程中的應力-應變曲線；同時采用AE設備監測壓縮過程中的微裂紋破裂事件，根據MTS和AE的數據確定巖塊的起裂強度σ_ci、損傷強度σ_cd以及單軸強度σ_c；

1.3、第二組巖樣進行常規三軸試驗，試驗所施加的圍壓分別為0MPa、5MPa、10MPa、15MPa、20Mpa或25MPa，每種圍壓所對應的試驗結果均采用Hoek-Brown強度包絡線進行整理，獲得硬巖在不同圍壓下峰值強度的擬合曲線，巖樣Hoke-Brown強度方程的表達形式是：

σ1=σ3+σcimiσ3σci+1,]]>

式中，σ₁是軸向壓力，σ₃是圍壓，σ_ci是起裂強度，m_i是常數；

1.4、剩余的六組巖樣分別進行不同圍壓，圍壓范圍0MPa、5MPa、10MPa、15MPa、20MPa或25MPa條件下的長期強度的測定，具體步驟是：

1.4.1、按順序選擇組，將某一圍壓σ₃、步驟1.2測得的單軸強度σ_c和常數m_i代入Hoke-Brown強度方程，得到該圍壓下的峰值強度估計值A，

1.4.2、用σ_cd替代σ_c代入Hoke-Brown強度方程獲得該圍壓下的損傷強度估計值B，

1.4.3、將B和A之間的差值分為6個等級，每相鄰兩個等級之間的差值相等，得到對應于該組6塊巖樣準備施加的軸向壓力，