[發明專利]一種基于體積變化率確定巖石節理動態損傷的實驗方法

有效

• 申請號: 202010614225.1
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN113109182B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 石竟成;李建春;張雨霏;李星
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30;G01N3/32;G01N3/06
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

本發明公開了一種基于體積變化率確定巖石節理動態損傷的實驗方法，針對節理動態損傷的特點，本發明提出了兩種具體的確定巖石節理動態損傷的實驗方法，其一是基于單次沖擊的一維分離式霍普金森壓桿SHPB實驗和三維節理形貌掃描技術，可以確定巖石節理在單次沖擊下的動態損傷狀態，其二是基于循環沖擊的一維分離式霍普金森壓桿SHPB實驗和三維節理形貌掃描技術，可以確定巖石節理在循環沖擊下的動態損傷狀態。與傳統的基于靜態或準靜態力學實驗的超聲檢測相比，更適用于巖石節理在爆破或地震作用等動荷載作用下損傷程度的測量，直接采用巖石節理本身的形貌變化反映節理的損傷程度，有效避免了超聲檢測中采用超聲波參數間接反映節理損傷時產生的誤差，使測量結果更加準確，可操作性強。

技術領域

本發明屬于巖石力學室內試驗領域，具體涉及一種基于體積變化率確定巖石節理動態損傷的實驗方法

背景技術

在巖石工程中，由于節理等結構面的存在，巖體表現出不均勻性，不連續性，各向異性和非線彈性的復雜性質。在巖石工程施工的過程中，由于受到爆破等動態荷載的作用，節理面會發生張開，閉合或滑移，甚至造成節理表面破損，最終導致巖體破裂。因此，確定巖石節理的動態損傷具有很深遠的工程及科研意義。

在巖石力學室內試驗中，傳統的確定巖石節理損傷狀態的方法是建立在單軸壓縮等靜態或準靜態力學實驗的基礎之上，采用超聲檢測設備反映巖石節理在受載過程中的損傷，但由于室內試驗采用的試塊尺寸往往較小，超聲波在試塊邊緣處的反射現象對測量結果有一定干擾性，且該設備采用超聲波的波速、波幅值等參數間接反映巖石節理在受載過程中的損傷，因此測量精度不高，且不能適用于巖石節理動力學領域的實驗與科學研究。

發明內容

針對上述技術問題，本發明提出一種將一維霍普金森壓桿試驗與三維掃描技術相結合的確定巖石節理動態損傷的實驗方法，對于巖石動力學領域內的工程與科學研究具有重要意義。

一種基于體積變化率確定巖石節理動態損傷的實驗方法，該方法將一維霍普金森壓桿試驗與三維掃描技術相結合，從而能夠直觀精確的確定巖石節理的動態損傷。

為了實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于體積變化率確定巖石節理動態損傷的實驗方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、基于單次沖擊的或循環沖擊的分離式霍普金森壓桿實驗和三維形貌掃描，用于確定巖石節理在單次沖擊下的動態損傷狀態,具體包括如下子步驟：

S11、選取待測巖石制成帶節理的巖樣；

S12、采用三維掃描儀記錄巖樣在沖擊實驗前的三維數字影像；

S13、根據巖石的抗壓強度選擇單次沖擊的加載速率v₁，使得沖擊后巖樣的節理面發生破損，但主體巖石部分未發生明顯破壞；

S14、開展加載速率為v₁的單次沖擊的一維分離式霍普金森壓桿試驗；

S15、采用三維掃描儀記錄巖樣在沖擊實驗后的三維數字影像；

S16、將沖擊前后巖樣的數字影像進行三維比較，計算沖擊前巖樣節理部分的體積V₁，沖擊后巖樣節理部分的體積V₂及節理體積變化率ΔV；

S2、基于循環沖擊的分離式霍普金森壓桿實驗和三維形貌掃描，確定巖石節理在循環沖擊下的動態損傷狀態，具體包括如下子步驟：

S21、選取待測巖石制成帶節理的巖樣；

S22、采用三維掃描儀記錄巖樣在沖擊實驗前的三維數字影像；

S23、根據巖石的抗壓強度選擇較小的加載速率v₂，使得沖擊后巖樣不發生明顯破壞；