[發(fā)明專利]一種基于SHPB試驗的沖擊損傷巖樣制備及測定方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510400955.0
• 申請日: 2015-07-09
• 公開（公告）號: CN104990777B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔚立元;靖洪文;羅寧;楊圣奇
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01N24/08;G01N29/04;G01N15/08;G01N3/08;G01N23/02
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

一種基于SHPB試驗的沖擊損傷巖樣制備及測定方法，屬于損傷巖樣制備及測定方法。方法是：a，制作圓柱形巖樣，利用SHPB裝置以低于臨界氣壓的氣壓值對其進(jìn)行沖擊預(yù)損傷，記錄相關(guān)應(yīng)力波并通過計算獲得動態(tài)應(yīng)變峰值、應(yīng)變率峰值及單位體積吸收能；b，以巖樣端面圓心為中心點，沿軸向鉆取圓柱形標(biāo)準(zhǔn)損傷試樣；c，對標(biāo)準(zhǔn)損傷巖樣進(jìn)行CT掃描、核磁共振、縱波速度、滲透系數(shù)、彈性模量和單軸抗壓強度等宏細(xì)觀測試；d，對相同巖性及物理參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)完整巖樣進(jìn)行相同的宏細(xì)觀試驗；e，以動態(tài)應(yīng)變峰值、應(yīng)變率峰值及單位體積吸收能等沖擊效應(yīng)參數(shù)為依據(jù)，綜合宏細(xì)觀試驗的數(shù)據(jù)，定量判定沖擊對于巖石材料的動態(tài)損傷程度。優(yōu)點：操作簡單，試驗數(shù)據(jù)全面可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種損傷巖樣的制備及測定方法，特別是一種基于SHPB試驗的沖擊損傷巖樣制備及測定方法。

背景技術(shù)

巖體地下工程中經(jīng)常涉及大方量的開挖施工，傳統(tǒng)的鉆眼爆破和利用綜掘機、TBM等現(xiàn)代設(shè)備的機械沖擊開挖是普遍應(yīng)用的方法。開挖施工中的爆炸/機械沖擊將造成工程欲保留圍巖體的動態(tài)擾動和損傷，導(dǎo)致圍巖物理力學(xué)性能的劣化，而圍巖作為主要承載體還要長期承受應(yīng)力重分布帶來的靜力荷載，因此，沖擊擾動導(dǎo)致的圍巖動態(tài)損傷對地下工程的長期安全穩(wěn)定是一種不可忽視的威脅。

工程現(xiàn)場常采用圍巖縱波波速、鉆孔電視或探地雷達(dá)測試獲得開挖擾動區(qū)的損傷特征，以便于進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計。現(xiàn)場地形、地質(zhì)條件的復(fù)雜性和強烈的施工擾動導(dǎo)致這類方法雖然在特定工程中可以作為定性分析的常用手段，但是對于需要精確定量分析的機理解釋卻無能為力。這與巖石靜力學(xué)中基于基礎(chǔ)試驗數(shù)據(jù)的數(shù)值分析廣泛應(yīng)用于工程研究的現(xiàn)狀有明顯的區(qū)別，其關(guān)鍵在于無法精確定量沖擊導(dǎo)致的巖石動態(tài)損傷程度。

在室內(nèi)試驗方面，分離式Hopkinson壓桿(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)裝置是研究應(yīng)變率段10¹～10³巖石類材料動態(tài)力學(xué)性能的經(jīng)典測試系統(tǒng)。SHPB裝置除了進(jìn)行動態(tài)破壞試驗獲得動態(tài)力學(xué)參數(shù)及本構(gòu)模型外，還可以進(jìn)行沖擊損傷試驗以制備沖擊預(yù)損傷巖樣。為了保持應(yīng)力波在試樣內(nèi)部有足夠的傳播時間達(dá)到兩端受力平衡，并盡量消除慣性效應(yīng)，SHPB沖擊試驗的圓柱形試樣長徑比應(yīng)取在0.5～1.0之間。

我國國家標(biāo)準(zhǔn)《工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50266-2013)中，對于室內(nèi)靜態(tài)單/三軸壓縮變形及強度的試驗要求為：圓柱形巖樣的直徑宜為48mm～54mm，高徑比(即長徑比)宜為2.0～2.5。巖石力學(xué)與工程領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)專家學(xué)者對巖樣尺寸達(dá)成的共識為：高徑比2:1，直徑50mm，高度100mm。

上述巖石室內(nèi)動、靜態(tài)力學(xué)試驗對圓柱形試樣長徑比的要求差別很大，這為進(jìn)行精確動態(tài)沖擊預(yù)損傷條件下的巖石靜態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)變形強度參數(shù)試驗造成了非常大的困難，嚴(yán)重制約了巖石動態(tài)損傷理論研究、數(shù)值分析及工程應(yīng)用的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種基于SHPB試驗的沖擊損傷巖樣制備及測定方法，解決無法精確定量沖擊導(dǎo)致巖石動態(tài)損傷的問題。

技術(shù)方案：本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：該巖樣制備及損傷程度測定方法包括：沖擊損傷巖樣的制備、對于沖擊損傷巖樣的細(xì)觀試驗和對于沖擊損傷巖樣的宏觀試驗；

一、沖擊損傷巖樣的制備包括如下步驟：

a、制作直徑和長度都為100mm的多個圓柱形巖石試樣，對試樣2個端面進(jìn)行仔細(xì)打磨，使其不平行度和不垂直度均小于0.02mm，并涂抹一層黃油以減小摩擦；

b、利用桿件直徑為100mm的SHPB裝置進(jìn)行試驗性預(yù)沖擊，固定沖擊桿在高壓氣室內(nèi)的位置，選擇合適氣壓進(jìn)行沖擊加載，將試件破裂并有碎片剝離的臨界破壞狀態(tài)對應(yīng)的氣壓值定為臨界氣壓；