岩土介质拉剪强度测试分析方法

摘要

本发明公开了一种岩土介质拉剪强度测试分析方法，涉及岩土介质拉剪技术。本装置的结构是：在试样夹持器（2）内安装试样（1）；轴压系统（3）和试样（1）连接，加载和记录轴压；内压系统（4）和试样（1）连接，加载和记录内压；拉剪点捕获装置（5）和试样（1）连接，实现拉剪点的捕获；本方法的主要步骤是：利用厚壁圆筒式致裂仪实现岩土拉剪破坏试验；拉剪强度计算方法及拉剪强度曲线绘制。本发明实验操作简单方便，自动化程度高，可重复性好；本发明还可几乎不加修改地应用于岩土介质压剪强度的测试，拓展了传统厚壁筒压裂实验技术的应用范围。

主权项

一种岩土介质拉剪强度测试分析方法，其特征在于：其装置包括试样(1)、试样夹持器(2)、轴压系统(3)、内压系统(4)和拉剪点捕获装置(5)；在试样夹持器(2)内安装试样(1)；轴压系统(3)和试样(1)连接，加载和记录轴压；内压系统(4)和试样(1)连接，加载和记录内压；拉剪点捕获装置(5)和试样(1)连接，实现拉剪点的捕获；其方法包括下列步骤：①利用厚壁圆筒式致裂仪实现岩土拉剪破坏试验A、将试样(1)安装在试样夹持器(2)内，采用热收缩管包裹空心圆柱形岩土试样(1)的内壁和外周；B、连接管线并安装好试样夹持器(2)，连接轴压系统(3)和内压系统(4)；C、不施加外部围压，即外部围压为零，通过轴压系统(3)加载轴压q至设定值，内压系统(4)施加内压p_i直至压力读数突然降低，试样破坏，试验结束；D、试验过程中，通过拉剪点捕获装置(5)捕获试样(1)发生拉剪破坏的时机，同时读取此时的内压值和轴压值；E、利用扫描或摄像等技术量测拉剪破坏面的位置和角度的几何信息；F、对于一组内的其他试样，重复以上步骤，获取不同轴压下试样(1)拉剪破坏的多组数据；②拉剪强度计算方法及拉剪强度曲线绘制将测得的破裂面角度转换为破坏面法线与直角坐标系中三个坐标轴x、y、z夹角的余弦值l′、m′、n′，捕捉不同轴压q下岩土试件发生拉剪破坏时的内压值p_i，则计算出岩土介质发生拉剪破坏时破坏面上的正应力σ′_n和切应力τ′_n：${\sigma }_n^{\prime }=\frac{p_i}{1-{\gamma }_i}[({\gamma }_i-1)l^{\prime 2}+({\gamma }_i+1)m^{\prime 2}]-n^{\prime 2}q---\left(1\right)$$\begin{array}{c}{\tau }_n^{\prime 2}=\frac{{{\gamma }_i}^2}{{(1-{\gamma }_i)}^2}[(l^{\prime 2}-l^{\prime 4})(1-\frac{1}{{\gamma }_i})+(m^{\prime 2}-m^{\prime 4}){(1+\frac{1}{{\gamma }_i})}^2-2l^{\prime 2}{m}^{\prime 2}(1-\frac{1}{{{\gamma }_i}^2})]{p_i}^2\\ +(n^{\prime 2}-n^{\prime 4})q^2+\frac{2(1-m^{\prime 2}-l^{\prime 2})}{1-{\gamma }_i}{\gamma }_i{p}_i(l^{\prime 2}+m^{\prime 2}+\frac{m^{\prime 2}-l^{\prime 2}}{{\gamma }_i})\end{array}---\left(2\right)$其中，γ_i为岩土试样的内半径r_i与外半径r_o之比的平方，即其余符号与上述操作步骤中提及的一致；将不同轴压下试样发生拉剪破坏时破坏面上的正应力切应力的多个组合(σ′_n，τ′_n)绘制在正应力‑剪应力坐标系下，得到该类型岩土介质的拉剪强度曲线，通过拟合可得拉剪强度的模型和参数；所述的试样(1)是一种空心圆柱形岩土试样。