专利名称：一种岩石的细观各向异性测试方法
技术领域：
本发明属于岩石性能测试领域，特别涉及一种岩石的细观各向异性测试方法。
背景技术：
岩石是一种天然材料，它具有非均勻性、不连续性与各向异性等特征。其中各向异性是指由于岩石的结构或构造存在定向性而表现出来的特征，这一特征导致岩石的力学性能具有各向异性特征，也就是说导致岩石的强度、变形性能、渗透特性等在各个方向具有差别。岩石的各向异性特征对其力学性能的影响已经被人们充分认识，并开展了非常广泛的研究，但研究较多地集中在岩体尺度的宏观结构面及其各向异性方面，更多的是针对工程实际问题，也有人对晶体内部尺度的微观各向异性进行了研究。关于岩石细观结构面的定义、细观各向异性，一般没有将其从岩体的宏观各向异性研究中区分开来进行单独研究，更没有人对其进行专门的系统研究。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种岩石的细观各向异性测试方法，以解决岩石细观各向异性程度的定量测试问题，为岩石的使用提供依据。本发明所述岩石的细观各向异性，是由于岩石的细观结构面所引起的岩石力学性能在各方向具有的差别。本发明的发明人研究发现岩石的细观结构面存在于岩块的细观尺度，有别于岩体的宏观尺度和矿物晶体内部微观尺度，它包含在可以制成手持标本或试验室标准试件的岩块中，并主要是岩石中由于矿物的定向排列而形成的原生结构面，比如岩浆岩中的流纹构造(见图3)、原生片麻构造、带状构造所引起的矿物定向排列，沉积岩中的细层层理构造等引起的矿物定向排列(见4、见图5)，变质岩中的片状构造、千枚状构造、 片麻状构造和板状构造等矿物定向排列所形成的结构面(见图6、图7)。本发明中，将岩石块体中由于矿物的定向排列所形成的细微结构面定义为岩石的细观结构面。岩石的细观结构面具有以下两个特征特征之一是所述细观结构面是岩石中由于矿物或某些其他物质的定向排列而形成的结构面；特征之二是包含所述细观结构面的岩石能够被制备成用于试验室测试的，完整的标准试件和手持标本。上述两个特征将作为识别与鉴定岩石的细观结构面的准则。测试研究表明，超声波在岩石中传播的时候，在平行于岩石细观结构面方向速度快，而在垂直于岩石细观结构面方向的速度慢，二者间差别的大小取决于岩石细观结构面的发育程度。因此，可将这两个方向的超声波纵波波速的比值Cma作为衡量岩石细观各向异性程度的定量指标。本发明所述岩石的细观各向异性测试方法，步骤如下(1)将被测岩石制备成两组试件，第一组试件的轴线平行于被测岩石的细观结构面，用于测试平行于被测岩石细观结构面方向的超声波纵波波速Vpp;第二组试件的轴线垂直于被测岩石的细观结构面，用于测试垂直于被测岩石细观结构面方向的超声波纵波波速 V ·
“pc ‘(2)采用脉冲超声直透法测试第一组试件，得到平行于被测岩石细观结构面方向的超声波纵波波速Vpp，采用脉冲超声直透法测试第二组试件，得到垂直于被测岩石细观结构面方向的超声波纵波波速vp。；(3)根据步骤(2)的测试结果，按Cma = VpcZVpi^算被测岩石的细观各向异性系数， 式中cma为被测岩石的细观各向异性系数，Vp。为垂直于被测岩石细观结构面方向的超声波纵波波速，Vpp为平行于被测岩石细观结构面方向的超声波纵波波速。测试研究表明，0 < Cffla ^ I0对于一种岩石，若Cma = 1，表明该岩石不具有细观各向异性特征，若0 < Cma < 1，则表明该岩石具有细观各向异性特征，Cma越小，该岩石的细观各向异性特征越显著，岩石在测量方向上的力学性能差别越大。本发明具有以下有益效果1、本发明所述方法开创了对岩石细观各向异性的定量测试，为判断岩石是否存在细观各向异性及细观各向异性的程度提供了技术支持，为岩石的使用提供了依据。2、本发明所述岩石的细观各向异性测试方法操作简单，计算工作量小，便于岩石细观各向异性测试的推广。
图1是轴线平行于被测砂板岩(变质岩)的细观结构面的标准试件；图2是轴线垂直于被测砂板岩(变质岩)的细观结构面的标准试件；图3是流纹岩(岩浆岩)手标本中的流纹构造；图4是砂岩(沉积岩)手标本中的平行层理构造；图5是灰岩(沉积岩)手标本中的条带状构造；图6是片岩(变质岩)手标本中的片状构造；图7是千枚岩(变质岩)手标本中的千枚理构造。
具体实施例方式下面通过实施例对本发明所述岩石的细观各向异性测试方法作进一步说明。本实施例中，对某高速公路隧道工地的砂板岩进行测试，步骤如下(1)将被测砂板岩制备成两组试件，各组试件均为直径50mm、高度1 IOmm的标准试件；各组试件均有两个试样，第一组试件中的两个试样命名为Sl-p与S2-p (见图1)，它们的轴线平行于被测砂板岩的细观结构面，用于测试平行于被测砂板岩细观结构面方向的超声波纵波波速Vpp ；第二组试件中的两个试样命名为Sl-c与S2-c (见图幻，它们的轴线垂直于被测砂板岩的细观结构面，用于测试垂直于被测砂板岩细观结构面方向的超声波纵波波速Vp。，Sl-p和Sl-c试件来源于Sl岩样，S2-p和S2-c试件来源于S2岩样。(2)采用脉冲超声直透法进行测试，所用测试设备为美国产MTS815岩石力学试验系统，具体测试要求、条件，以及波速计算等均按照“中华人民共和国国家标准《工程岩体试验方法标准》(GB/T 5026-99) ” 7. 1节的要求操作，测试数据见表1。(3)根据步骤(2)的测试结果，按Cma = Vpc/Vpp计算被测砂板岩的细观各向异性系数，计算结果见表1。表1砂板岩测试结果
权利要求
1. 一种岩石的细观各向异性测试方法，其特征在于步骤如下(1)将被测岩石制备成两组试件，第一组试件的轴线平行于被测岩石的细观结构面，第二组试件的轴线垂直于被测岩石的细观结构面；(2)采用脉冲超声直透法测试第一组试件，得到平行于被测岩石细观结构面方向的超声波纵波波速Vpp，采用脉冲超声直透法测试第二组试件，得到垂直于被测岩石细观结构面方向的超声波纵波波速Vp。；(3)根据步骤O)的测试结果，按Cma= VP。/VPP计算被测岩石的细观各向异性系数，式中Cma为被测岩石的细观各向异性系数，Vp。为垂直于被测岩石细观结构面方向的超声波纵波波速，Vpp为平行于被测岩石细观结构面方向的超声波纵波波速；若Cffla = 1，表明被测岩石不具有细观各向异性特征，若0< Cma <1，则表明被测岩石具有细观各向异性特征，Cma越小，被测岩石的细观各向异性特征越显著。
全文摘要
一种岩石的细观各向异性测试方法，其特征在于步骤如下(1)将被测岩石制备成两组试件，第一组试件的轴线平行于被测岩石的细观结构面，用于测试平行于被测岩石细观结构面方向的超声波纵波波速Vpp；第二组试件的轴线垂直于被测岩石的细观结构面，用于测试垂直于被测岩石细观结构面方向的超声波纵波波速Vpc；(2)采用脉冲超声直透法测试第一组试件，得到平行于被测岩石细观结构面方向的超声波纵波波速Vpp，采用脉冲超声直透法测试第二组试件，得到垂直于被测岩石细观结构面方向的超声波纵波波速Vpc；(3)按Cma＝Vpc/Vpp计算被测岩石的细观各向异性系数。
文档编号G01N29/07GK102353719SQ20111016657
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者刘建锋, 徐慧宁, 徐进, 李忠洪, 邓建辉 申请人:四川大学