单轴试验条件下花岗岩两次加载方向夹角对Kaiser效应的影响

发布时间：2020-05-25 22:02

【摘要】：利用岩石的Kaiser效应来测量地应力因其测试方法简单、成本低、可靠性比较高等特点,已经被广泛采用。近年来有大量采用这一方法来测定工程岩体中的地应力的研究报告。由于主应力的方向很难在地应力测量前确定,需在多个方向上采取岩样进行室内岩石力学试验,根据试验结果来计算地应力的主应力和主方向。这就涉及到一个根本性问题:对已经在岩体中承受过地应力的岩样进行室内加载(即二次加载)时,若加载方向(试件轴向)与岩体中地应力的主方向偏离一定角度(即二次加载方向与初次加载方向间有一定夹角),Kaiser效应是否还存在。如果偏离一定角度的试样再加载后所获得的应力数值已经不是原地应力值,那么采用Kaiser效应测量地应力的方法就是错误的。由于与本文相关的研究成果很少,且不同研究者所获得的结论不一致,本文对产自广东的花岗岩进行了单轴加载试验研究。通过单轴预加载形成目标应力,然后对试件进行二次加工,使得新的试件轴向与原轴向产生偏角,再次加载后即可对加载方向改变后Kaiser效应的存在性与可靠性进行分析。主要结论如下:(1)在确定Kaiser点时,应对多个参数进行综合分析,主要通过累计能量计数曲线判断Kaiser点,然后利用累计振铃计数曲线辅助判断,最后根据声发射能量计数图进行特征点筛选,结果更为可靠;(2)对于本文试验中所使用的岩石而言,Kaiser效应试验在岩石抗压强度的10%到60%的范围内较为显著;(3)两次加载的加载方向分别成15°和20°夹角时,Kaiser效应仍然存在的试件分别占总数的78.95%和68.18%,可见两次加载方向夹角越大,存在Kaiser效应的试件所占百分比越小;(4)试验结果显示,两次加载方向成15°和20°夹角时,Kaiser点对应应力与预加载应力之比FR值分别为1.02、1.07,此时Kaiser效应仍然存在,且其记忆的应力精度能够满足需求,即夹角略大于20°时,仍可利用Kaiser效应测量地应力,这与Holcomb和Costin等人的结论完全不同;(5)两次加载方向成20°夹角相较于15°,FR值更大,Kaiser点识别比较困难的试件比例也更大,因此可以推断,两次加载方向所成夹角越大,FR值越大,Kaiser效应越模糊,其对应力记忆的准确性越低。
【图文】：

图 1.1 Kaiser 效应法测量地应力取样方向行室内单轴压缩试验，利用 Kaiser 效应得出各方向上值，就可以计算出主应力的大小和方向。种方法很难保证取到的岩心方向与实际的主地应力方 6 个方向取得的岩芯方向在最不利的情况下与主应力。在这种情况下，室内试验的加载方向与主应力的很可能会大于 10°，此时观察到的 Kaiser 点就不一定法测得的地应力将失去理论依据而变得完全不可靠，定角度时 Kaiser 效应是否存在的研究具有重大的实际对于这一问题，不同研究者得到的结论并不统一，甚者认为两次加载夹角大于 10°时 Kaiser 效应已不存在为 15°是一个分界线，大于 15°的偏角，Kaiser 效应

第二章 试验方案及试件加工.1 试验设备.1.1 试件加工设备试件加工主要使用昆明理工大学岩石力学加工室的 SCQ-4A 自动切石机（ 2.1）和 SCM200 双端面磨平机（见图 2.2）。先用自动切石机将试件粗切成型后用磨平机打磨各端面，使用机械百分表测量各端面，，保证平整度和平行度试验规程的要求。SCQ-4A 自动切石机的岩石固定机构如图 2.3 所示，由横向杆上的螺栓和下层橡胶组成，将试件按照预定的切割角度放置后拧紧螺栓，会陷入橡胶垫，从而避免试件在切割过程中产生移动，影响加工质量。
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD313

【参考文献】

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8 阎南;岩石Kaiser效应方向独立性研究[D];昆明理工大学;2008年

本文编号：2680806