[發(fā)明專利]一種基于全場應(yīng)變測量判別巖石裂紋應(yīng)力門檻值的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910971125.1
• 申請(qǐng)日: 2019-10-14
• 公開（公告）號(hào): CN110658067B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李海波;劉黎旺;李曉鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G01N3/08
• 分類號(hào): G01N3/08;G01N3/06;G01N1/30;G01N1/28
• 代理公司: 武漢維創(chuàng)品智專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42239
• 代理人: 余麗霞

本發(fā)明公開了一種基于全場應(yīng)變測量判別巖石裂紋應(yīng)力門檻值的方法，包含如下步驟：制作巖石試樣；巖石試樣表面散斑處理；試驗(yàn)加載，采集巖石試樣散斑面在試驗(yàn)加載過程中的圖像；計(jì)算巖石試樣散斑面全場位移；計(jì)算巖石試樣散斑面全場應(yīng)變；計(jì)算巖石試樣體積應(yīng)變、彈性體積應(yīng)變及裂紋體積應(yīng)變；獲取巖石試樣體積應(yīng)變?軸向應(yīng)變曲線、裂紋體積應(yīng)變?軸向應(yīng)變曲線及軸向應(yīng)力?軸向應(yīng)變曲線，并繪制在同一副圖中；判斷巖石試樣體積應(yīng)變及裂紋體積應(yīng)變的變化規(guī)律，確定巖石試樣包含裂紋閉合應(yīng)力、裂紋起裂應(yīng)力、裂紋損傷應(yīng)力及峰值應(yīng)力在內(nèi)的這四種裂紋應(yīng)力門檻值。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)試驗(yàn)環(huán)境要求低，應(yīng)用更方便，結(jié)果更可靠，更具有代表性和普適性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及巖石力學(xué)特性測試領(lǐng)域，具體的說是涉及一種基于全場應(yīng)變測量判別巖石裂紋應(yīng)力門檻值的方法。

背景技術(shù)

巖石材料在受外力作用下，根據(jù)其應(yīng)力-應(yīng)變曲線關(guān)系可得到四種不同的裂紋應(yīng)力門檻值，即：裂紋閉合應(yīng)力σ_cc、裂紋起裂應(yīng)力σ_ci、裂紋損傷應(yīng)力σ_cd及峰值應(yīng)力σ_p。大部分學(xué)者認(rèn)為，巖石裂紋起裂應(yīng)力為巖石長期強(qiáng)度的下限值，而裂紋損傷應(yīng)力則為巖石長期強(qiáng)度的上限值。在實(shí)際工程中，巖石的長期強(qiáng)度可被用來衡量工程的穩(wěn)定性，故上述四種不同裂紋應(yīng)力門檻值的確定及研究對(duì)實(shí)際工程設(shè)計(jì)具有較高的參考價(jià)值。

目前，測量巖石材料裂紋應(yīng)力門檻值有如下幾種方法，即：應(yīng)變計(jì)算法、聲發(fā)射法，但以上方法均具有一定的局限性。

其中，應(yīng)變計(jì)算法是先通過在試樣表面貼應(yīng)變片或者安裝環(huán)向應(yīng)變規(guī)來對(duì)試樣試驗(yàn)過程中所產(chǎn)生的軸向應(yīng)變和環(huán)向應(yīng)變進(jìn)行記錄并測量，然后再通過相應(yīng)計(jì)算求得裂紋應(yīng)力門檻值，此方法存在的缺點(diǎn)是：采取在試樣上貼取的應(yīng)變片數(shù)量是有限的，且測量的是試樣局部應(yīng)變變化數(shù)據(jù)，故所得結(jié)果可能不具有代表性；

其中，聲發(fā)射法則是先通過在試樣表面不同位置安裝聲發(fā)射探頭來記錄試驗(yàn)過程中聲發(fā)射事件，然后再通過分析聲發(fā)射事件變化規(guī)律來對(duì)裂紋應(yīng)力門檻值進(jìn)行確定，此方法存在的缺點(diǎn)是：受試驗(yàn)周邊噪音影響較大，且?guī)r石材料微觀結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性，往往導(dǎo)致其測試結(jié)果在巖石力學(xué)測試中不理想。

發(fā)明內(nèi)容

為消除背景技術(shù)中傳統(tǒng)測量方法所帶來的試驗(yàn)環(huán)境要求高及不具有代表性的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種對(duì)試驗(yàn)環(huán)境要求低，且測試結(jié)果更具有代表性和普適性的基于全場應(yīng)變測量判別巖石裂紋應(yīng)力門檻值的方法，其主要是采取的是先基于數(shù)字圖像相關(guān)方法對(duì)巖石試樣試驗(yàn)時(shí)其表面的全場應(yīng)變進(jìn)行測量，然后再通過計(jì)算得到巖石材料的裂紋應(yīng)力門檻值。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種基于全場應(yīng)變測量判別巖石裂紋應(yīng)力門檻值的方法，包含如下步驟：

S1、制作巖石試樣；

S2、對(duì)巖石試樣表面進(jìn)行散斑處理；

S3、試驗(yàn)加載，采集巖石試樣散斑面在試驗(yàn)加載過程中的圖像；

S4、計(jì)算巖石試樣散斑面的全場位移；

S5、計(jì)算巖石試樣散斑面的全場應(yīng)變；

S6、計(jì)算巖石試樣體積應(yīng)變、彈性體積應(yīng)變及裂紋體積應(yīng)變；

S7、獲取巖石試樣體積應(yīng)變-軸向應(yīng)變曲線、裂紋體積應(yīng)變-軸向應(yīng)變曲線及軸向應(yīng)力-軸向應(yīng)變曲線，并繪制在同一副圖中；

S8、判斷巖石試樣體積應(yīng)變及裂紋體積應(yīng)變相對(duì)巖石試樣軸向應(yīng)變的變化規(guī)律，確定巖石試樣包含裂紋閉合應(yīng)力、裂紋起裂應(yīng)力、裂紋損傷應(yīng)力及峰值應(yīng)力在內(nèi)的這四種不同裂紋應(yīng)力門檻值。

上述方法中，所述步驟S1的具體步驟為：先采用相應(yīng)的切割設(shè)備將待測巖石材料切割成試驗(yàn)所需的試樣形狀及尺寸規(guī)格，然后再對(duì)其試樣表面進(jìn)行打磨，以便于后續(xù)的散斑處理。