[發(fā)明專利]一種恒定功率加載的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611129414.X
• 申請(qǐng)日: 2016-12-09
• 公開（公告）號(hào): CN106769393B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉溪鴿;朱萬(wàn)成;關(guān)凱;魏炯;田軍;于慶磊;牛雷雷;劉洪磊;李少華;侯晨;賈瀚文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/00
• 分類號(hào): G01N3/00;G01N3/06;G01N29/14
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 趙嬛嬛

本發(fā)明提供一種恒定功率加載的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，包括：在試驗(yàn)機(jī)上增加恒定功率加載控制模塊；將巖石試樣安放于試驗(yàn)機(jī)上，并將聲發(fā)射監(jiān)測(cè)探頭安裝在巖石試樣表面；在恒定速率加載控制模式下對(duì)所述巖石試樣施加壓力，加載速率保持為V；待巖石試樣受力達(dá)到設(shè)定值F，即巖石試樣的受載功率達(dá)到P，P=F×V，此時(shí)切換為恒定功率加載控制模式，在試驗(yàn)機(jī)對(duì)巖石試樣施加的壓力不斷增大的同時(shí)降低加載速率，但始終保持加載速率與壓力的乘積為定值P，直至巖石試樣完全破壞，在此過程中監(jiān)測(cè)并記錄試驗(yàn)機(jī)的壓力和壓頭位移、巖石試樣的聲發(fā)射信號(hào)；根據(jù)試驗(yàn)機(jī)的壓力、位移實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及巖石試樣的聲發(fā)射信號(hào)數(shù)據(jù)，分析巖石試樣的破壞規(guī)律。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖石力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種恒定功率加載的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法。

背景技術(shù)

目前，被廣泛采用的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)加載方式有兩種：一種是恒定速率加載模式，即單位時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)機(jī)壓頭的位移為固定值；另一種是恒定壓力梯度加載模式，即單位時(shí)間內(nèi)借由試驗(yàn)機(jī)壓頭施加在巖石試樣上的壓力的增量為固定值。通過采用此兩種加載方式進(jìn)行巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)加載速率與壓力梯度定量化、標(biāo)準(zhǔn)化，研究人員可以獲得大量橫向可類比的巖石基本力學(xué)參數(shù)，這些力學(xué)參數(shù)對(duì)巖石工程建設(shè)具有重要的參考價(jià)值。但值得關(guān)注的是，這兩種加載方式在真實(shí)的巖體受力狀態(tài)中幾乎是不存在的，是研究者們?yōu)榱搜芯繋r石的力學(xué)性質(zhì)而設(shè)計(jì)出的簡(jiǎn)單化與規(guī)范化的實(shí)驗(yàn)方法。

大量工程實(shí)踐表明，在巖體工程開挖后，一方面圍巖向開挖空區(qū)內(nèi)收縮，具有初始變形速度，隨后變形速度逐漸減慢，直至巖體工程趨于穩(wěn)定或破壞；另一方面，巖體工程開挖后的卸荷效應(yīng)導(dǎo)致圍巖應(yīng)力突增，此后隨著巖體不斷向開挖空區(qū)內(nèi)擠壓，周邊圍巖的應(yīng)力繼續(xù)升高，但升高的速率會(huì)逐漸減慢，直至巖體工程趨于穩(wěn)定或破壞。因此，關(guān)于巖體工程的圍巖變形規(guī)律與破壞模式研究，采用恒定速率加載模式與恒定壓力梯度加載模式進(jìn)行相關(guān)巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)都不適合。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種恒定功率加載的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，所述方法基于恒定功率加載模式，使巖石的變形及受力變化過程更加符合實(shí)際情況，有效彌補(bǔ)恒定速率加載模式和恒定壓力梯度加載模式在實(shí)驗(yàn)過程中的不足，可以更為準(zhǔn)確地反映巖石變形規(guī)律與破壞特征。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種恒定功率加載的巖石力學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟：

步驟一：在設(shè)有恒定速率加載控制模塊和恒定壓力梯度加載控制模塊的試驗(yàn)機(jī)上增加恒定功率加載控制模塊，用于控制單位時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)機(jī)壓頭的加載速率與壓力的乘積為定值；

步驟二：將巖石試樣安放于試驗(yàn)機(jī)上，并將聲發(fā)射監(jiān)測(cè)探頭安裝在巖石試樣表面；

步驟三：在恒定速率加載控制模式下對(duì)所述巖石試樣施加壓力，加載速率保持為V；

步驟四：待巖石試樣受力達(dá)到設(shè)定值F，此時(shí)，巖石試樣的受載功率達(dá)到P，P=F×V，將所述恒定速率加載控制模式切換為恒定功率加載控制模式，在試驗(yàn)機(jī)對(duì)巖石試樣施加的壓力不斷增大的同時(shí)降低加載速率，但始終保持加載速率與壓力的乘積為定值P，直至巖石試樣完全破壞，在此過程中監(jiān)測(cè)并記錄試驗(yàn)機(jī)的壓力和壓頭位移、巖石試樣的聲發(fā)射信號(hào)；

步驟五：根據(jù)試驗(yàn)機(jī)的壓力、位移實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及巖石試樣的聲發(fā)射信號(hào)數(shù)據(jù)，分析巖石試樣的破壞規(guī)律。

上述方法中，所述加載速率V滿足：0.00001<V<2，mm/s。