[發明專利]一種測試法向卸荷條件下巖石剪切力學性質的試驗方法

有效

• 申請號: 201810007660.0
• 申請日: 2018-01-04
• 公開（公告）號: CN108318351B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 黃達;朱譚譚;馬國偉;岑奪豐;宋宜祥
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

本發明涉及一種測試法向卸荷條件下巖石剪切力學性質的試驗方法，試驗過程中，首先使豎向和水平壓頭與剪切盒接觸，然后施加法向應力至初始法向應力設計值，再施加剪應力至初始剪應力設計值，最后以恒定速度卸載法向應力直到試樣破壞，試樣剪切破壞前，法向應力逐漸減小而剪應力保持不變。該方法加載方式簡單易行，能夠模擬巖石卸荷引起的剪切破裂，采用該方法能夠得到法向卸荷條件下巖石的強度和變形特征，了解巖石在卸荷條件下的特有剪切力學性質，為工程巖體穩定性控制和失穩預警提供理論依據。

技術領域

本發明涉及巖石力學領域，尤其涉及一種測試法向卸荷條件下巖石剪切力學性質的試驗方法。

背景技術

在地下硐室、邊坡開挖和河谷下切等人為和自然因素作用下，巖體產生強卸荷作用，由此引起的圍巖失穩、滑坡甚至巖爆等災害常有發生。卸荷破壞是工程巖體破壞非常重要的形式。由于巖石的非均質非連續特征，巖石在卸荷和加載作用下的強度和變形特征具有顯著的不同，即應力路徑會影響巖石的力學行為。因此，對于卸荷條件下巖石的力學行為的研究是十分必要的，學者們在該領域做了大量的研究工作。

目前對巖石卸荷力學行為的研究多采用三軸卸荷試驗(張黎明,王在泉,孫輝,等.巖石卸荷破壞的變形特征及本構模型[J].煤炭學報,2009(12):1626-1631.)，三軸卸荷試驗方法主要分為兩步：(1)加載圍壓和軸壓至目標值；(2)卸載圍壓直到試樣破壞。三軸卸荷試驗的主要研究對象是巖石的卸荷壓縮強度、變形和能量耗散。然而，不管是在加載還是卸荷條件下，巖石的剪切破壞始終是其重要的破壞形式，巖石的剪切力學行為是巖石力學關注的重點之一。采用三軸卸荷試驗不能模擬巖石卸荷條件下的剪切破裂，需要提出一種能夠模擬巖石卸荷條件下剪切破裂的方法，對巖石卸荷條件下剪切力學行為進行研究。

發明內容

本發明的目的是提出一種測試法向卸荷條件下巖石剪切力學性質的試驗方法。該方法加載方式簡單易行，能夠模擬巖石卸荷引起的剪切破裂，采用該方法能夠得到法向卸荷條件下巖石的強度和變形特征，了解巖石在卸荷條件下的特有剪切力學性質，為工程巖體穩定性控制和失穩預警提供理論依據。

本發明的技術方案是：一種測試法向卸荷條件下巖石剪切力學性質的試驗方法，試驗過程中，首先使豎向和水平壓頭與剪切盒接觸，然后施加法向應力至初始法向應力設計值，再施加剪應力至初始剪應力設計值，最后以恒定速度卸載法向應力直到試樣破壞，試樣剪切破壞前，法向應力逐漸減小而剪應力保持不變。

包括以下步驟：

a.切割打磨巖石試樣；

b.將巖石試樣放置在剪切裝置內，將剪切裝置放置在剪切試驗機內準備加載；

c.調整剪切試驗機的豎向壓頭，豎向加載系統通過豎向壓頭給試樣施加法向力，使豎向壓頭與剪切盒接觸；

d.調整剪切試驗機的水平壓頭，水平加載系統通過水平壓頭給試樣施加剪力，使水平壓頭與剪切盒接觸；

e.采用應力控制模式，施加法向應力至初始法向應力設計值σ_ni，并保持不變；

f.采用應力控制模式，施加剪應力至初始剪應力設計值τ_ni，并保持不變；

g.采用應力控制模式卸載法向應力，直到試樣發生破壞；

h.試樣破壞后，立即關閉試驗機加載系統。加載系統關閉時，應先關閉水平加載系統，然后關閉豎向加載系統。

設置至少五組初始剪應力進行試驗，重復上述步驟b-步驟h，至少五組試驗的結果通過直線擬合，得到強度包絡線。

所述試樣為長方體試樣，試樣加工精度和表面平整度符合國標標準；

步驟c和步驟d中所施加的法向力和剪力的大小均為0.1kN。