[發明專利]一種研究巖石節理面剪切破壞過程的分析方法及試驗系統

在審

• 申請號: 201811181210.X
• 申請日: 2018-10-11
• 公開（公告）號: CN109269914A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 王剛;肖智勇;張振松;蔣宇靜
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01N3/24
• 分類號: G01N3/24;G01N3/06
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 朱昀

本申請公開了一種研究巖石節理面剪切破壞過程的分析方法及試驗系統，方法包括：采用取模材料拓取印制天然巖石節理面表面形態，利用天然巖石節理曲面模具制作與天然巖石具有相同表面形態和力學參數的類巖石材料試樣；對試樣控制不同的邊界條件進行巖石節理剪切試驗，獲取節理面剪切宏觀性質參數和特征值；剪切試驗過程中采用聲發射監測節理面表面、節理面上下巖塊和錨固結構破壞過程的細觀演化規律和能量特征；進行剪切試驗前后分別用三維激光掃描儀進行節理面掃描，獲取節理面破壞的幾何演化特征；結合節理面剪切的宏觀性質參數和特征值、破壞過程的細觀演化規律、能量特征和幾何演化特征，精確表達節理面在剪切過程中破壞性質及其量化表征。

技術領域

本公開一般涉及地下工程試驗領域，特別涉及一種研究巖石節理面剪切破壞過程的分析方法及試驗系統。

背景技術

進入二十一世紀，我國隧道與地下工程建設進入了空前繁榮期，越來越多的交通、水利水電、礦山等工程不可避免地修建在節理巖體區域。節理巖體剪切破壞誘發的持續大變形和大體積塌方等工程事故時常發生。節理面與完整巖塊相比，抗剪強度較低，是巖體中的最薄弱面，因而巖體的力學性質很大程度上取決于節理面的剪切力學性質。

實際工程中，節理面剪切的發生過程有多種因素共同作用，法向荷載、剪切荷載和巖石材料、節理面三維形貌等因素都對節理剪切性質有重要影響。室內試驗是進行節理剪切過程中節理面形貌和力學性質演化研究的最直接的手段，然而現有的試驗裝置和方法中，無法對具有天然節理的巖石試件進行高精度的重復試驗，也無法持續監測和準確獲取天然節理面內部變形破壞規律和特征值。此外，當前對節理面剪切試驗相關的研究往往是對節理面剪切破壞過程單一方面的研究，很少有對節理面剪切破壞過程進行綜合全方面研究的方法和技術，不利于對巖石節理面剪切破壞過程開展系統研究。

發明內容

鑒于現有技術中的上述缺陷或不足，期望提供一種研究巖石節理面剪切破壞過程的實驗系統和分析方法，可對節理面剪切破壞過程進行系統試驗和深入分析，精確表達節理面在剪切過程中變形破壞性質及其量化表征的研究巖石節理面剪切破壞過程的試驗方案。

第一方面，本申請實施例提供了一種研究巖石節理面剪切破壞過程的分析方法，包括以下步驟：

采用取模材料拓取印制天然巖石節理面表面形態，并制作天然巖石節理面復制模具，利用所述巖石節理曲面模具制作若干與所述天然巖石具有相同表面形態和力學參數的類巖石材料試樣；

對若干所述試樣控制不同的邊界條件進行巖石節理剪切試驗，記錄節理面剪切試驗曲線，獲取宏觀性質參數和特征值，并對比分析節理面幾何性質、力學參數、邊界條件和錨固結構的影響規律；

所述剪切試驗過程中采用聲發射監測節理面表面、節理面上下巖塊和錨固結構破壞過程的細觀演化規律和能量特征；

進行剪切試驗前后分別用三維激光掃描儀進行節理面掃描，記錄剪切前后節理面表面的幾何形貌，通過剪切前后幾何形貌對比分析節理面表面破損情況，建立結構面表面幾何形態演化模型，采用分形方法定量計算節理面破損特征和性質參數，獲取節理面表面破損的幾何演化規律；

結合所述節理面剪切的宏觀性質參數和特征值、所述破壞過程的細觀演化規律和能量特征、所述節理面破壞的幾何演化特征，精確表達節理面在剪切過程中變形破壞性質及其量化表征。

所述取模材料可以采用石膏、可硬結黏土材料、印模膏.印模蠟、硅橡膠、瓊脂印模材料、藻酸鹽印模材料。“拓取印制”是否是指將柔性復合材料鋪設于天然巖石節理面的表面，當該柔性材料硬結時，將該柔性復合材料與天然巖石剝離，通過該柔性材料內表面的形態獲取天然巖石節理表面的形態。