专利名称：一种获取厚壁圆筒试样环形断裂的试验方法
一种获取厚壁圆筒i^f环形断裂的i，方法
駄领域
本发明涉及一种获取厚壁圆筒i^f环形断裂的i^验方法，尤其适用于模拟深部
岩石开挖工程环形断^31程的实验，也适用于模拟如激fc等脆性材料环形断裂过 程的实验。
背景駄
国内外不少学者在深部矿山围岩破坏中发现了一种分区断裂5嫁。断胃分区断 裂是指在深部岩体中开挖巷道时，M周边围岩会产生交替的破裂区和未破裂区现 象。早在1980年南非就有关于Witwatersrand金矿2 000 m 3 000 m深处的, 顶板出现分区断裂现象的报导，俄罗斯在MaaK矿山中也出现了类似的现象。应该 说，我国发现深部翻围岩分区 ^嫁的时间并不晚。据已有实测资料，早在1979 年李世平等在江苏徐州权台矿发现^il锚杆不仅受鹏力作用，还艱应力作用的 J嫁；1991年贺7乂年等在淮北朱仙庄矿繊获得围岩超声波速有呈波峰一波谷_波 峰状^^布的认识；1996年^|且烈，金川矿实测巷道围岩应力应，压_拉一压 等分布。这些i嫁都紧密与分区断裂5^有关。近年来，国内李术才和许宏发等分 别利用矿井钻 L电视成像仪和ResiTest-4000电P且率测试仪不同测试手段在淮南千 米深井髓围岩中监测到了比较典型的分区IS^E嫁；张春生利用围岩超声波测试 办法在锦屏电站1500m深辅助洞也发现了分区破坏结果。但目前深部巷道围岩分区 破裂的研究尚处于初级阶段，其产生机制还不清楚。
显然，分区鹏1嫁与浅部離围岩状态由内往外依次为松动鹏区、塑性区 和弹性区不同，与浅部岩体力学的平面弹塑性分析所得到的结果截然不同。人们对
这一I膽感兴趣的目的，不仅仅在于获得对这一:E嫁的描述方法，而是希望ffl31该 问题的研究，可以对岩石力学行为本性有更深入的认识，并且可以从中获取更合理 的对付相关的地下工程稳定问题的办法。但目前还没W^好的实验方法用于分区断 翻究。
发明内容
本发明的目的是针深部髓围岩分区断裂技术存在的问题，樹共一种获取厚壁 圆筒i舒羊环形断裂的i，方法。
本发明的厚壁圆筒说羊获得环形断裂的实验方法
a. 首舰i微岩体)(^S行取样；
b. 将取樹导到的岩体制作鹏厚与其内孑L半径成一定比例的厚壁圆筒i叙羊；
c. 将厚壁圆筒i辦置于伺月gH轴压力i^^机的密闭加载缠，先施加轴压，使
试样与上、下刚性加载端部紧密撤虫；
d. 对厚壁圆筒i辦的内孑L及圆筒说羊与加载室之间的空隙注油,直至完全充满;
e. 对厚壁圆筒i辦进行内压、围压及轴膨轴力據，超设计压力值；
f. 保持三向载荷的轴向荷载不变，对厚壁圆筒i辦进行卸载，直至试件发生破坏。
戶;M的壁厚与其内孑L判&比例大于0. 2;戶;M先施加的轴压压力约为10MPa;
卵悉的设计压力值为同等大小内压、围压斜牛下三轴加载破坏时岩体三轴应力5驢
的70%以上。
有益效果适用于模拟深部岩石开a:程环形断M;程的实验，不仅限于岩石 材料，还可用于模拟如混W:等脆性材料环形断M:程的实验。 ;加 御载对 厚壁圆筒试件进行三轴实验，得到厚壁圆筒试件的环形断裂结果，与深部岩体开挖 时出现的分区断裂J嫁相似，由:tbt行分区断iaff究鹏出解决深部岩体开挖时出 现的分区断裂问题iS^取的相，施，为深部巷道围岩分区断l^开究提供了一种新 的途径。所得结果与浅部岩体力学所得到的巷道围岩由内往外依次为松动 区、 塑性区和弹性区平面弹塑性分析结果截然不同。对岩石特别是深部高应力作用下的 开挖卸载岩体力学行为的本性有更深刻的认识，以至于达到获得对付相关地下工程 稳定问题更合理的报去。该方法简便易行，模拟效果好，在本技术领域内具有广泛 的实用性。
图i是本发明厚壁圆筒试件三轴加载示意图。
图2是图1的俯视图。
图中pz—轴压，P2—围压，A —内压，内孔举径Ri。下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述-
本发明的获取厚壁圆筒i辦环形断裂的试验方法先翻带有同心钻头的岩石 争战JWi，岩体)(^t行取样，将岩样制作成圆筒壁厚与其内 L半径&之比大于
0.2的厚壁圆筒i辦，然后采用包含轴压系统，围压系统和内压系统的伺月^H轴压
力i^^机，对厚壁圆筒i^f进行i^^， i，途径如下
途径A:将厚壁圆筒试样置于伺服三轴压力试验机的密闭加载室里，先施加
10MPa轴压pz，使说羊与上、下刚性加载端部紧密^A虫，然后对厚壁圆筒i辦的内
孑L及圆筒i对羊与加载室之间的空隙注油，赶完全充满，对厚壁圆筒i対羊同步施加
内压p^围压p2及轴压Pz，使三轴加载至设计压力值，即轴向压力值为同等大小内
压A、围压p2斜牛下岩石三轴加载破坏时岩石三轴应力纟驢的7(m以上，使厚壁圆
筒i辦顶部、底部、附L壁、外壁均处于受压状态，并保持三向载荷的轴向荷载不
变，然后保持轴压Pz和围压P2不变，减小内压Pi， ！^试件发生破坏；如果内压卸
除后岩石还没有完全破坏，接着再继续减小围压，超试件最终破坏。
途径B:将厚壁圆筒试样置于伺H轴压力试验机的密闭加载室里，先施加 10MPa轴压pz，使i辦与上、下刚性加载端部紧密織虫，然后对厚壁圆筒i辦的内 孑L及圆筒说羊与加载室之间的空隙注油，直至完全充满，5W厚壁圆筒试件同步施
加轴压Pz、围压P2及内压化至设计压力值即轴向压力值为同等大小内压p!、围压
P2条件下岩石三轴加载破坏时岩石三轴应力纟艘的70%以上，然后保持轴压pz和围
压P2不变，同时卸载围压P2和内压P!， te试件破坏。
权利要求
1. 一种获取厚壁圆筒试样环形断裂的试验方法，其特征在于a. 首先对试验岩体对象进行取样；b. 将取样得到的岩体制作成壁厚与其内孔半径成一定比例的厚壁圆筒试样；c. 将厚壁圆筒试样置于伺服三轴压力试验机的密闭加载室里，先施加轴压(pz)，使试样与上、下刚性加载端部紧密接触；d. 对厚壁圆筒试样的内孔及圆筒试样与加载室之间的空隙注油，直至完全充满；e. 对厚壁圆筒试样进行内压(p1)、围压(p2)及轴压(pz)三轴加载，直至设计压力值；f. 保持三向载荷的轴向荷载不变，对厚壁圆筒试样进行卸载，直至试件发生破坏。
2. 根据权利要求1戶，的获取厚壁圆筒i^f环形断裂的逸验方法，其特征在于: 戶脱的壁厚与其附L判5 (R!)之比例大于0.2。
3. 根据权利要求1所述的获取厚壁圆筒^#环形断裂的 方法，期寺征在于:戶皿先施加的轴压(Pz)压力约为lOMPa。
4.根据权利要求l戶腐的获取厚壁圆筒i辦环形断裂的，方法，其特征在于:戶腿的设计压力值为同等大小内压(Pl)、围压(p2)割牛下三轴加载破±不时岩体三 轴应力强度的7Wo以上。
全文摘要
一种获取厚壁圆筒试样环形断裂的试验方法，首先对试验岩体对象进行取样；将取样得到的岩体制作成厚壁圆筒试样；对厚壁圆筒试样先施加一定轴压，使试样与上、下刚性加载端部紧密接触；再对厚壁圆筒试样的内孔及圆筒试样与加载室之间的空隙注满油，对厚壁圆筒试样进行内压、围压及轴压三轴加载至设计压力值，使厚壁圆筒试样顶部、底部、内孔壁、外壁均处于受压状态；保持三向载荷的轴向荷载不变，对厚壁圆筒试样进行卸载，直至试件发生破坏。通过加载和卸载对厚壁圆筒试件进行三轴实验，得到厚壁圆筒试件的环形断裂结果，与深部岩体开挖时出现的分区断裂现象相似，由此进行分区断裂研究并提出解决深部岩体开挖时出现的分区断裂问题应采取的相应措施。
文档编号G01N3/10GK101509852SQ20091002625
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月18日 优先权日2009年3月18日
发明者刘红岗, 张后全, 贺永年, 韩立军 申请人:中国矿业大学