[實用新型]一種基于相對壓縮應變確定巖石起裂應力的系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201721494450.6
• 申請日: 2017-11-10
• 公開（公告）號: CN208206682U
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發(fā)明（設計）人: 溫韜;唐輝明;馬俊偉;王艷昆;張俊榮;范志強
• 申請（專利權）人: 中國地質(zhì)大學（武漢）
• 主分類號: G01N3/12
• 分類號: G01N3/12
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時代知識產(chǎn)權代理有限公司 42238
• 代理人: 龔春來

本實用新型提供了一種基于相對壓縮應變確定巖石起裂應力的系統(tǒng)，包括：測量裝置、加載控制裝置、程序控制裝置；測量裝置，包括檢波器、用于檢測軸向應變和橫向應變的測量儀；加載控制裝置：包括控制柜，用于對液壓油的儲存、輸入及輸出；加載裝置，包括加載壓力機、上壓頭、下壓頭、三軸室、熱縮塑料，加載壓力機用于對巖樣進行壓縮處理；程序控制裝置，包括控制計算機，用于產(chǎn)生作用于加載控制裝置和加載裝置的指令。本實用新型提供的系統(tǒng)操作簡單、快捷，使確定的巖石起裂應力更加精確。

技術領域

本實用新型涉及巖石性能測試領域，尤其涉及一種基于相對壓縮應變確定巖石起裂應力的系統(tǒng)。

背景技術

巖石的變形破壞過程是一種伴隨著微裂紋的生長、擴展和貫通的漸進破壞的過程。它主要分為八個階段：裂紋閉合階段、彈性變形階段、裂紋穩(wěn)定增長階段、裂紋不穩(wěn)定增長階段、峰后變形階段和殘余變形階段。這些階段的劃分與幾個重要的應力門檻值相關，分別是裂紋閉合應力、裂紋起裂應力、裂紋損傷應力、峰值應力和殘余應力。因此，準確的確定起裂應力對于描述巖石的力學性質(zhì)、確定巖石的強度準則、理解巖石的漸進破壞過程及預測巖石開挖工程中常見的劈裂現(xiàn)象具有重要意義。

目前為止，國際上還尚未形成明確的建議方法來確定巖石在壓縮條件下的起裂應力。在以往的研究中，確定巖石的起裂應力的方法主要依靠于測量應變，包括體積應變、軸向應變、橫向應變，有時也采用聲發(fā)射的方法確定起裂應力。這些方法主要包括體積應變法、橫向應變法、裂紋體積應變法、累計聲發(fā)射切線法和橫向應變響應法。體積應變法和橫向應變法分別在體積應變-軸向應力關系曲線和橫向應變-軸向應力關系曲線上做切線，當曲線偏離線性部分時對應的軸向應力即為巖石的起裂應力，但是，這兩種方法均依賴于具有線性特征的應力-應變關系曲線，具有較強的人為主觀性，其強烈依賴于用戶對此偏離點的肉眼判斷；裂紋體積應變法則首先體積應變分為彈性體積應變和裂紋體積應變，然后繪制裂紋體積應變-軸向應力關系曲線，該曲線上裂紋體積應變?yōu)榱愕囊凰蕉伪挥脕泶_定巖石的裂紋閉合應力和裂紋起裂應力，該水平段的末端對應的軸向應力即為起裂應力。該方法雖然比前兩種方法更準確、更客觀，但是該方法中彈性參數(shù)(彈性模量、泊松比)對起裂應力的確定有重要影響，裂紋體積應變對泊松比的變化十分敏感。當初始巖樣內(nèi)部存在許多微裂紋時，該方法也不適用，這些裂紋將會增加泊松比的不確定性。此外，在確定裂紋體積應變?yōu)?的水平段范圍時也存在人為隨意性；橫向應變響應法通過繪制參考橫向應變差-軸向應力關系曲線獲取橫向應變差的最大值點，從而確定巖石的起裂應力。該方法較之前幾種方法明顯客服了人為主觀性的影響，在確定橫向應變差的最大值點時也提供了一種較為可靠的數(shù)學方法。但是該方法的數(shù)學物理意義不明確，并無法解釋為何可將橫向應變差的最大值點對應的應力看作是巖石的起裂應力；累計聲發(fā)射切線法通過記錄聲發(fā)射振鈴數(shù)、撞擊數(shù)或能量的變化與軸向應力或應變的關系對起裂應力進行識別，但是，聲發(fā)射信號對巖石破裂的高度敏感性及背景噪聲的干擾，巖石在裂隙閉合階段或彈性階段也可能出現(xiàn)較強的聲發(fā)射信號波動，從而影響了對起裂應力的準確識別。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本實用新型的實施例提供了一種基于相對壓縮應變確定巖石起裂應力的系統(tǒng)。

為了解決上述問題，本實用新型提供了一種基于相對壓縮應變確定巖石起裂應力的系統(tǒng)，包括：測量裝置、加載控制裝置、程序控制裝置；

測量裝置，包括檢波器、用于檢測軸向應變和橫向應變的測量儀；

加載控制裝置：包括控制柜，用于對液壓油的儲存、輸入及輸出；

加載裝置，包括加載壓力機、上壓頭、下壓頭、三軸室、熱縮塑料，加載壓力機用于對巖樣進行壓縮處理；

程序控制裝置，包括控制計算機，用于產(chǎn)生作用于加載控制裝置和加載裝置的指令；

加載裝置中，軸向應變片和橫向應變片位于在巖樣的中間部位，軸向應變片垂直放置，橫向應變片水平放置，軸向應變片與橫向應變片保持垂直；