软岩的原位三轴测试与力学质.ppt

软岩原位三轴测试方法与力学性质软岩原位三轴测试方法与力学性质 zs11010125煤矿工程地质与水文地质专题研讨煤矿工程地质与水文地质专题研讨小型原位三轴测试的由来小型原位三轴测试的由来o为了测量沉积软岩的屈服强度和变形，设计了一个小的井下原位为了测量沉积软岩的屈服强度和变形，设计了一个小的井下原位三轴试验，本文试验采用直径三轴试验，本文试验采用直径90mm、高度、高度285mm岩样。岩样。o 载荷试验和旁压试验测试泥岩应力应变关系时，由于松动、扰动载荷试验和旁压试验测试泥岩应力应变关系时，由于松动、扰动和间接测量都无法很好地实现。和间接测量都无法很好地实现。o 2003年，有一项大型的原位三轴试验，外径年，有一项大型的原位三轴试验，外径400mm、高度、高度1050mm，由于岩样尺寸和复杂的测量系统，这项测试花费巨，由于岩样尺寸和复杂的测量系统，这项测试花费巨大而且不够实用。大而且不够实用。试验区地质条件试验区地质条件地表松散层地表松散层 壤土壤土砂砾层砂砾层砂砾层夹粘土砂砾层夹粘土泥岩泥岩 研究地层为中津层研究地层为中津层（更新世下统）。（更新世下统）。在在50m深的岩洞深的岩洞中进行，岩洞地层是中进行，岩洞地层是泥岩夹有泥岩夹有0.5-15cm厚的砂岩层，砂岩层厚的砂岩层，砂岩层主要由细砂岩、中砂主要由细砂岩、中砂岩和火山渣（粒径岩和火山渣（粒径1-5mm）组成。）组成。另外局部还存在一另外局部还存在一些薄层钙质或凝灰质些薄层钙质或凝灰质泥岩。泥岩。井下三轴测试装置井下三轴测试装置 轴向荷载装置轴向荷载装置该装置具有施加围岩压力、轴向荷载和在钻该装置具有施加围岩压力、轴向荷载和在钻孔底部对岩石变形监测的功能。孔底部对岩石变形监测的功能。三轴压力室三轴压力室 提供围压动力提供围压动力安装监测设备安装监测设备测试过程测试过程1）安装监测仪器，连接轴向荷载装置；）安装监测仪器，连接轴向荷载装置；2）连接液压装置，三轴压力室充满水，排出空气然）连接液压装置，三轴压力室充满水，排出空气然后关闭通气孔；后关闭通气孔；3）将装置投入钻孔，包裹岩样；）将装置投入钻孔，包裹岩样；4）施加水压使槽纹圆筒对井壁产生法向应力，以便）施加水压使槽纹圆筒对井壁产生法向应力，以便油压装置对岩样施加轴向荷载；油压装置对岩样施加轴向荷载；5）对岩样施加预应力以便轴帽与岩样充分接触；）对岩样施加预应力以便轴帽与岩样充分接触；6）增加轴向压力和围岩压力，直至围压达到预定水）增加轴向压力和围岩压力，直至围压达到预定水平；平；7）按设计的加压速率施加轴向压力；）按设计的加压速率施加轴向压力；8）通过数据记录系统连续记录应力应变历史；）通过数据记录系统连续记录应力应变历史；9）切断岩样、提升设备、观察岩样变化。）切断岩样、提升设备、观察岩样变化。试验层位试验层位多级加载模式多级加载模式 在每次施加过程中，轴向压力在每次施加过程中，轴向压力和围岩压力同时增加，围压保持和围岩压力同时增加，围压保持10分钟达到状态平衡。轴向压力分钟达到状态平衡。轴向压力逐渐增大相应的峰值强度，为了逐渐增大相应的峰值强度，为了得到完整的加载得到完整的加载-卸载曲线，轴向卸载曲线，轴向压力降低到围压的第二水平值。压力降低到围压的第二水平值。依次进行下一级的试验。依次进行下一级的试验。辨别岩样破坏标准：通过寻找辨别岩样破坏标准：通过寻找轴向应力应变曲线中的水平切线轴向应力应变曲线中的水平切线的出现。的出现。试验结果试验结果o应力偏差应力偏差q与轴向应变与轴向应变a、横向应变、横向应变r的关系的关系试验结果试验结果 o摩尔应力圆摩尔应力圆 试验结果试验结果文章主要结论文章主要结论o（1）由于大的原位三轴压缩试验花费巨大，所以改进此方法为规模）由于大的原位三轴压缩试验花费巨大，所以改进此方法为规模小的方案。小的方案。o（2）小型原位三轴压缩试验适合连续测量软岩的应力应变关系。）小型原位三轴压缩试验适合连续测量软岩的应力应变关系。o（3）多级加载方式适合软岩，关键是找到判断岩体破坏的恰当标准，）多级加载方式适合软岩，关键是找到判断岩体破坏的恰当标准，在本次研究中，通过寻找轴向应力应变曲线中的水平切线的出现，比在本次研究中，通过寻找轴向应力应变曲线中的水平切线的出现，比动过轴向压力突然降低的方法更合适。动过轴向压力突然降低的方法更合适。o（4）LDT在本次试验中得到了有效的应用。在本次试验中得到了有效的应用。o（5）井下三轴压缩试验，同其他原位测试一样，对地下的情况并不）井下三轴压缩试验，同其他原位测试一样，对地下的情况并不可知，因此由于不均质性，往往造成不同的结果，本次试验就是由于可知，因此由于不均质性，往往造成不同的结果，本次试验就是由于砂层的存在影响了泥岩的测量。砂层的存在影响了泥岩的测量。对本文的认识对本文的认识o原位三轴试验操作难度大，对于岩样的制作有一定的要原位三轴试验操作难度大，对于岩样的制作有一定的要求。求。o本文在分析结果时能够对失败的原因做一定的分析。本文在分析结果时能够对失败的原因做一定的分析。o不足：实验数据只有三组。不足：实验数据只有三组。谢谢大家！谢谢大家！