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专利号: 2020102846091
申请人: 鲁东大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种岩石抗拉强度的测试方法,其特征在于:包括以下步骤:

步骤一:采集真实岩样的力学参数,所述的力学参数包括弹性模量E、泊松比μ、体积模量K和剪切模量G;

步骤二:根据采集的真实岩样的力学参数,利用数值软件FLAC3D建立长度为l、高度为h、厚度为t、中心开挖有一个沿厚度方向延伸且直径为d的圆柱形通孔的试件模型,计算试件模型在对称压应力作用下最大拉应力与试件模型厚度的关系,找到最大拉应力对应的试件模型厚径比mk,所述的厚径比为试件模型的厚度t与圆柱形通孔的直径d的比值;

所述对称压应力是在试件模型的上、下顶面施加竖向压应力;

步骤三:根据采集的真实岩样的力学参数,利用数值软件FLAC3D建立长度为l、高度为h、厚度为t、中心开挖有一个沿厚度方向延伸且直径为d的圆柱形通孔的试件模型,且试件模型的厚径比为mk,计算不同对称压应力作用下试件模型的最大拉应力,拟合最大拉应力与所施加压应力的关系方程,确定抗拉强度修正方程;

步骤四:根据利用数值软件计算所确定的试件厚径比mk,取真实岩样加工长度为l、高度为h、厚度为t、中心开挖有一个沿厚度方向延伸且直径为d的圆柱形通孔、厚径比为mk的待测试样,进行单轴压缩试验,将试样起裂时所受的压应力代入抗拉强度修正方程即得该真实岩样的抗拉强度。

2.根据权利要求1所述的一种岩石抗拉强度的测试方法,其特征在于:所述的步骤一包括:进行室内试验,测试真实岩样的弹性模量和泊松比,计算体积模量和剪切模量。

3.根据权利要求2所述的一种岩石抗拉强度的测试方法,其特征在于:取待测真实岩样进行室内岩石变形试验,测量岩样的弹性模量E和泊松比μ,并将弹性模量E和泊松比μ代入弹性力学公式分别计算岩样的体积模量K和剪切模量G,其中,岩样的体积模量K、剪切模量G可以分别表示为:K=E/3(1‑2μ),G=E/2(1+μ),式中E为岩样弹性模量,μ为岩样的泊松比。

4.根据权利要求1所述的一种岩石抗拉强度的测试方法,其特征在于:所述的步骤二包括:根据采集的真实岩样的力学参数,利用数值软件FLAC3D建立长度l=24cm、高度h=24cm的试件模型,并在试件模型中心开挖一个直径d=3cm,厚度与试件模型厚度相同的圆柱形孔洞,即圆柱形孔洞沿试件模型厚度方向延伸并贯穿试件模型,试件模型的厚度分别设定为t1=0.3cm,t2=0.6cm,…,t19=5.7cm,t20=6.0cm,则试件模型的厚径比mi分别为m1=

0.1,m2=0.2,…,m19=1.9,m20=2.0,所述的厚径比mi为厚度ti与中心圆孔直径d的比值,在试件模型的上、下顶面施加竖向压应力fi分别为f1=2MPa、f2=3MPa,进行弹性求解;分别提取不同厚径比mi的试件模型计算后的最大水平向应力 计算最大水平向应力与试件模型所施加压应力的比值 绘制σxmax/f‑m曲线图,找到 中最大值所对应的试件厚径比mk。

5.根据权利要求1所述的一种岩石抗拉强度的测试方法,其特征在于:所述的步骤三包括:

根据采集的真实岩样的力学参数,利用数值软件FLAC3D建立长度l=24cm、高度h=

24cm的试件模型,并在试件模型中心开挖一个直径d=3cm、厚度与试件模型厚度相同的圆柱形孔洞,即圆柱形孔洞沿试件模型厚度方向延伸并贯穿,试件模型的厚径比为步骤二中所得的mk;在试件模型的上、下表面施加竖向压应力fj,分别设定为f1=1.0MPa,f2=

1.5MPa,…,f9=5.0MPa,f10=5.5MPa,分别进行弹性求解,并提取不同压应力荷载fj作用下试件模型计算后的最大水平向应力 绘制σxmax/f‑m曲线图,拟合σxmax与f的关系方程为:σxmax=af+b,式中a,b是通过拟合获得的常数,方程σxmax=af+b即为岩样抗拉强度修正方程。

6.根据权利要求1所述的一种岩石抗拉强度的测试方法,其特征在于:所述的步骤四包括:取真实岩样,加工成长度l=24cm、高度h=24cm的待测试样,并在试样中心开挖一个直径d=3cm、厚度与试样厚度相同的圆柱形孔洞,即圆柱形孔洞沿试样厚度方向延伸并贯穿试样,取试样的厚径比为步骤二中所得的mk,则试样的厚度t=mkd;将该岩样放置在试验机上进行单轴压缩试验,观察岩样破坏过程;若岩样起裂时试验机上施加的力为F,相应的在试样表明所施加的压应力为f=F/lt,结合岩样抗拉强度修正方程则可将该岩样的抗拉强度表示为σt=af+b,式中σt为岩石抗拉强度。

7.根据权利要求1所述的一种岩石抗拉强度的测试方法,其特征在于:试件模型或试样的长度l、高度h与中心圆孔直径d的比值满足l/d≥8且h/d≥8。

8.根据权利要求4所述的一种岩石抗拉强度的测试方法,其特征在于:在确定最大拉应力对应的试件厚径比时,采用多个等级的竖向压应力fi进行弹性计算,即fi分别为f1=

2MPa、f2=3MPa、…、fi=nMPa,n>3。

9.根据权利要求6所述的一种岩石抗拉强度的测试方法,其特征在于:在确定真实岩样起裂压力时,采用高倍摄像机记录岩样破坏过程。