專利名稱：一種巖石的細(xì)觀各向異性測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于巖石性能測試領(lǐng)域，特別涉及一種巖石的細(xì)觀各向異性測試方法。
背景技術(shù)：
巖石是一種天然材料，它具有非均勻性、不連續(xù)性與各向異性等特征。其中各向異性是指由于巖石的結(jié)構(gòu)或構(gòu)造存在定向性而表現(xiàn)出來的特征，這一特征導(dǎo)致巖石的力學(xué)性能具有各向異性特征，也就是說導(dǎo)致巖石的強(qiáng)度、變形性能、滲透特性等在各個方向具有差別。巖石的各向異性特征對其力學(xué)性能的影響已經(jīng)被人們充分認(rèn)識，并開展了非常廣泛的研究，但研究較多地集中在巖體尺度的宏觀結(jié)構(gòu)面及其各向異性方面，更多的是針對工程實際問題，也有人對晶體內(nèi)部尺度的微觀各向異性進(jìn)行了研究。關(guān)于巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面的定義、細(xì)觀各向異性，一般沒有將其從巖體的宏觀各向異性研究中區(qū)分開來進(jìn)行單獨研究，更沒有人對其進(jìn)行專門的系統(tǒng)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種巖石的細(xì)觀各向異性測試方法，以解決巖石細(xì)觀各向異性程度的定量測試問題，為巖石的使用提供依據(jù)。本發(fā)明所述巖石的細(xì)觀各向異性，是由于巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面所引起的巖石力學(xué)性能在各方向具有的差別。本發(fā)明的發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面存在于巖塊的細(xì)觀尺度，有別于巖體的宏觀尺度和礦物晶體內(nèi)部微觀尺度，它包含在可以制成手持標(biāo)本或試驗室標(biāo)準(zhǔn)試件的巖塊中，并主要是巖石中由于礦物的定向排列而形成的原生結(jié)構(gòu)面，比如巖漿巖中的流紋構(gòu)造(見圖3)、原生片麻構(gòu)造、帶狀構(gòu)造所引起的礦物定向排列，沉積巖中的細(xì)層層理構(gòu)造等引起的礦物定向排列(見4、見圖5)，變質(zhì)巖中的片狀構(gòu)造、千枚狀構(gòu)造、 片麻狀構(gòu)造和板狀構(gòu)造等礦物定向排列所形成的結(jié)構(gòu)面(見圖6、圖7)。本發(fā)明中，將巖石塊體中由于礦物的定向排列所形成的細(xì)微結(jié)構(gòu)面定義為巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面。巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面具有以下兩個特征特征之一是所述細(xì)觀結(jié)構(gòu)面是巖石中由于礦物或某些其他物質(zhì)的定向排列而形成的結(jié)構(gòu)面；特征之二是包含所述細(xì)觀結(jié)構(gòu)面的巖石能夠被制備成用于試驗室測試的，完整的標(biāo)準(zhǔn)試件和手持標(biāo)本。上述兩個特征將作為識別與鑒定巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面的準(zhǔn)則。測試研究表明，超聲波在巖石中傳播的時候，在平行于巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向速度快，而在垂直于巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的速度慢，二者間差別的大小取決于巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面的發(fā)育程度。因此，可將這兩個方向的超聲波縱波波速的比值Cma作為衡量巖石細(xì)觀各向異性程度的定量指標(biāo)。本發(fā)明所述巖石的細(xì)觀各向異性測試方法，步驟如下(1)將被測巖石制備成兩組試件，第一組試件的軸線平行于被測巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面，用于測試平行于被測巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速Vpp;第二組試件的軸線垂直于被測巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面，用于測試垂直于被測巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速 V ·
“pc ‘(2)采用脈沖超聲直透法測試第一組試件，得到平行于被測巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速Vpp，采用脈沖超聲直透法測試第二組試件，得到垂直于被測巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速vp。；(3)根據(jù)步驟(2)的測試結(jié)果，按Cma = VpcZVpi^算被測巖石的細(xì)觀各向異性系數(shù)， 式中cma為被測巖石的細(xì)觀各向異性系數(shù)，Vp。為垂直于被測巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速，Vpp為平行于被測巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速。測試研究表明，0 < Cffla ^ I0對于一種巖石，若Cma = 1，表明該巖石不具有細(xì)觀各向異性特征，若0 < Cma < 1，則表明該巖石具有細(xì)觀各向異性特征，Cma越小，該巖石的細(xì)觀各向異性特征越顯著，巖石在測量方向上的力學(xué)性能差別越大。本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明所述方法開創(chuàng)了對巖石細(xì)觀各向異性的定量測試，為判斷巖石是否存在細(xì)觀各向異性及細(xì)觀各向異性的程度提供了技術(shù)支持，為巖石的使用提供了依據(jù)。2、本發(fā)明所述巖石的細(xì)觀各向異性測試方法操作簡單，計算工作量小，便于巖石細(xì)觀各向異性測試的推廣。


圖1是軸線平行于被測砂板巖(變質(zhì)巖)的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面的標(biāo)準(zhǔn)試件；圖2是軸線垂直于被測砂板巖(變質(zhì)巖)的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面的標(biāo)準(zhǔn)試件；圖3是流紋巖(巖漿巖)手標(biāo)本中的流紋構(gòu)造；圖4是砂巖(沉積巖)手標(biāo)本中的平行層理構(gòu)造；圖5是灰?guī)r(沉積巖)手標(biāo)本中的條帶狀構(gòu)造；圖6是片巖(變質(zhì)巖)手標(biāo)本中的片狀構(gòu)造；圖7是千枚巖(變質(zhì)巖)手標(biāo)本中的千枚理構(gòu)造。
具體實施例方式下面通過實施例對本發(fā)明所述巖石的細(xì)觀各向異性測試方法作進(jìn)一步說明。本實施例中，對某高速公路隧道工地的砂板巖進(jìn)行測試，步驟如下(1)將被測砂板巖制備成兩組試件，各組試件均為直徑50mm、高度1 IOmm的標(biāo)準(zhǔn)試件；各組試件均有兩個試樣，第一組試件中的兩個試樣命名為Sl-p與S2-p (見圖1)，它們的軸線平行于被測砂板巖的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面，用于測試平行于被測砂板巖細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速Vpp ；第二組試件中的兩個試樣命名為Sl-c與S2-c (見圖幻，它們的軸線垂直于被測砂板巖的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面，用于測試垂直于被測砂板巖細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速Vp。，Sl-p和Sl-c試件來源于Sl巖樣，S2-p和S2-c試件來源于S2巖樣。(2)采用脈沖超聲直透法進(jìn)行測試，所用測試設(shè)備為美國產(chǎn)MTS815巖石力學(xué)試驗系統(tǒng)，具體測試要求、條件，以及波速計算等均按照“中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《工程巖體試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 5026-99) ” 7. 1節(jié)的要求操作，測試數(shù)據(jù)見表1。(3)根據(jù)步驟(2)的測試結(jié)果，按Cma = Vpc/Vpp計算被測砂板巖的細(xì)觀各向異性系數(shù)，計算結(jié)果見表1。表1砂板巖測試結(jié)果
權(quán)利要求
1. 一種巖石的細(xì)觀各向異性測試方法，其特征在于步驟如下(1)將被測巖石制備成兩組試件，第一組試件的軸線平行于被測巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面，第二組試件的軸線垂直于被測巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面；(2)采用脈沖超聲直透法測試第一組試件，得到平行于被測巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速Vpp，采用脈沖超聲直透法測試第二組試件，得到垂直于被測巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速Vp。；(3)根據(jù)步驟O)的測試結(jié)果，按Cma= VP。/VPP計算被測巖石的細(xì)觀各向異性系數(shù)，式中Cma為被測巖石的細(xì)觀各向異性系數(shù)，Vp。為垂直于被測巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速，Vpp為平行于被測巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速；若Cffla = 1，表明被測巖石不具有細(xì)觀各向異性特征，若0< Cma <1，則表明被測巖石具有細(xì)觀各向異性特征，Cma越小，被測巖石的細(xì)觀各向異性特征越顯著。
全文摘要
一種巖石的細(xì)觀各向異性測試方法，其特征在于步驟如下(1)將被測巖石制備成兩組試件，第一組試件的軸線平行于被測巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面，用于測試平行于被測巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速Vpp；第二組試件的軸線垂直于被測巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)面，用于測試垂直于被測巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速Vpc；(2)采用脈沖超聲直透法測試第一組試件，得到平行于被測巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速Vpp，采用脈沖超聲直透法測試第二組試件，得到垂直于被測巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)面方向的超聲波縱波波速Vpc；(3)按Cma＝Vpc/Vpp計算被測巖石的細(xì)觀各向異性系數(shù)。
文檔編號G01N29/07GK102353719SQ20111016657
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者劉建鋒, 徐慧寧, 徐進(jìn), 李忠洪, 鄧建輝 申請人:四川大學(xué)