[發明專利]一種巖石時效劣化過程的測試方法

無效

• 申請號: 201210438830.3
• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN102928512A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 江權;崔杰;陳靜;馮夏庭
• 申請（專利權）人: 中國科學院武漢巖土力學研究所
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種巖石時效力學特性的測試方法，更具體涉及一種實驗室條件下巖石時效劣化全過程的測試方法，它可有效地觀測巖石隨時間發生的細觀劣化過程中的宏觀特征。

背景技術

目前，我國正在進一步加大基礎設施建設，巖石的時效劣化危害將成為我國工程建設與安全運行中無法回避的“瓶頸”問題之一。(1)在水資源開發與利用方面：我國已經建成了近100座大型水電站，還將有近40座100萬kW級水電站即將興建或納入規劃，而這些水電工程中大型地下廠房和輸水隧洞周圍巖石的時效劣化行為必然對工程長期安全產生實質性影響。(2)在核電建設方面：國務院通過的“核電中長期發展規劃(2005-2020)報告”計劃到2020年，核電運行裝機容量爭取達到4000萬千瓦，深部核廢料處置庫中花崗巖時效劣化力學特性導致的核廢料安全風險是我國核電發展中必須解決的難題之一。(3)在礦山開采方面：我國很多礦山即將或已經轉入深部開采，必將出現很多大埋深的采場(群)，如紅透山銅礦的開拓深度已達1337m，深部開拓巷道巖石潛在的時效劣化災害防控難題必將更加突出。(4)在公路與鐵路交通方面：今后十多年內，我國鐵路里程將增至10萬公里，公路網總規模在2020年也將達到300萬公里，山區大埋深公路和鐵路隧道建設和運行中也必將遇到硬質巖石時效劣化威脅著工程建設和運行安全的問題。

可見，巖石時效劣化力學特性及其工程危害性研究對于今后地下工程安全建設和運行具有十分重要的意義，如果能夠對其進行較準確的評估和預測，將可極大地減少和避免工程事故發生，大大節約工程建設和運行成本。

然而，巖石“時效劣化”具有自身的特殊性和復雜性，現有涉及巖石時間效應特性的測量手段和測量方法都無法準確有效地測量和評價其時效劣化規律，從而制約巖石時效劣化特性的深入認識。這是因為：

(1)通常采用的巖石室內流變儀雖然可以測量出巖石隨時間發生的變形過程，但測量的巖石時效變形只是其時效劣化的外在總變形，而不能反映出巖石內在的細觀劣化過程及其宏觀量的改變(《長江科學院院報》，2006年第4期，鄔愛清，“高圍壓巖石三軸流變試驗儀研制”；上海交通大學出版社，2009年5月，許宏發，“巖石時效特性與節理模型”；《工程地質學報》，2010年第2期，催少東，“基于新型蠕變儀下的泥巖力學參數時效性研究”；《巖石力學與工程學報》2011年第2期，高延法，“RRTS-II型巖石流變擾動效應試驗儀”)。

(2)常規的巖石壓力試驗機施加恒定荷載并記錄荷載作用下巖石破壞時間的試驗方法雖然可以反映出巖石破壞應變與荷載的對應關系，但無法測量到巖石破壞孕育過程中自身結構的變化特征，也即無法測量到巖石劣化全過程的細觀演化發展規律及其宏觀表現特征(《巖石力學與工程學報》，1993年第4期，凌建明，“脆性巖石的細觀裂紋損傷及其時效特征”；《巖土力學》，2011年第9期，楊艷霜，“大理巖單軸壓縮時滯性破壞的試驗研究”；科學出版社，2011年6月，楊圣奇，“裂隙巖石力學特性研究及時間效應分析”)。

發明內容

針對上述存在問題，本發明的目的在于提供一種實驗室條件下巖石時效劣化過程的測試方法，旨在克服當前巖石測試方法不能準確有效地測試巖石時效劣化特性的不足，實現對巖石細觀時效劣化過程中的宏觀特征的實時測試。

為達到上述目的，本發明利用測量聲波在巖體中的傳播速度分析巖石彈性模量的技術，所采用的技術方案是：一種巖石時效劣化過程的測試方法，測試方法包括以下步驟：

A.軸向和橫向聲波探頭的設置

①在擬定進行時效試驗的巖石試樣軸向的兩個端面分別對稱設置承壓聲波發射探頭和承壓聲波接收探頭，承壓聲波發射探頭和承壓聲波接收探頭分別位于巖石試樣的中心線上；

②在擬定進行時效試驗的巖石試樣的兩側的兩個與巖石試樣軸線平行的對稱平面上對稱設置非承壓聲波發射探頭和非承壓聲波接收探頭，非承壓聲波發射探頭和非承壓聲波接收探頭的中心位置為巖石試樣的高度的二分之一處；

B.巖石時效試驗的加載和測量方法

①將設置好承壓聲波發射探頭、承壓聲波接收探頭、非承壓聲波發射探頭和非承壓聲波接收探頭的巖石試樣放置在巖石壓力試驗機上端壓頭和下端壓頭之間并對巖石試樣按1.0～6.0MPa/min的速度施加荷載，當施加荷載達到已知巖石試樣的瞬時單軸抗壓強度的75～85％時停止施加荷載，保持作用在巖石試樣端面上的荷載大小不變；