无损取样

 

 

 (一)工程背景

       锦屏二级隧洞大理岩试样的应力-应变曲线的最大特点是第Ⅰ段(裂纹压密段)相对较长,峰值强度对应的轴向应变为0.5%左右,而压密段结束进入第Ⅱ阶段时对应的轴向应变大约为0.3%,也就是说,大部分变形主要是试样中存在的裂纹压密产生的。另外,体积应变曲线充分接近轴向线,即压缩过程中侧向变形很小,裂纹的闭合起着重要作用,证明试样存在初始损伤。与应力应变曲线对应的声发射记录曲线也表明,在试样加载初期,岩样中存在的初始损伤就开始部分扩展(此为初始损伤裂纹平行于加载方向的情况,若初始损伤方向于初始裂纹方向垂直,则应力应变曲线的第一段应表现出明显的下凹特征,也就是说前期试验所采用的岩样存在一定的初始损伤,因而最终可能低估了锦屏大理岩的单轴抗强度。

 

 图1.锦屏二级隧洞大理岩岩样室内试验成果

 

 图2.钻进过程中岩芯的应力变化

 

 (二)科研成果

       深埋工程建设要求在深埋条件下进行岩石取样,常用的取样方式包括钻孔取样(岩芯样)和块石取样(现场岩块)方式,深埋条件下这两种取样方式都可能存在严重的芯样损伤问题,即不能代表岩石原状条件下的强度。为了定量评价深部岩样初始取样损伤对其强度参数及力学特性的影响,拟采用无损取样和常规取样对比试验的方法来进行试验。无损取样技术的力学原理与套钻相同,即解除被采样区岩体的应力,但这种解除过程是可控的逐渐的。具体是先在现场选定取样区域,利用钻孔、切削等方式沿取样区形成封闭的边界,解除取样区域岩体的应力,然后采用钻孔的方式在该区域内获得岩芯。作为现场获得的岩样从力学原理上讲,就是通过控制被采样区岩体应力解除过程应力路径的方式、即控制屈服区的范围达到维持围岩的完整性,在工程中类似于通过改变开挖方式为维持围岩稳定。在实际实施过程中,为尽量减少周边孔数量,可以对解除孔布置方式、数目、和孔径等进行优化。

 

 图3.深埋条件下岩石无损取样方法实施布置示意图

公司简介

       浙江中科依泰斯卡岩石工程研发有限公司(英文: HydroChina—ITASCA R&D Center)系ITASCA国际集团于2012年在华设

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