受载条件下岩石电阻率特性的理论与试验研究

摘要

在岩石工程建设中,由于各种外部荷载的作用,打破了岩石内部原始应力平衡状态,使应力发生改变,因此必须进行应力和强度监测,判断其破坏程度和稳定性。采用电阻率法,通过观测岩石电阻率的变化,反推岩石的力学性质,判断岩石内部的应力状态和破坏程度,可解决与应力状态有关的问题。但鉴于目前对受载岩石的电阻率特性缺乏深入细致的研究,使得在实际工程中电阻率测试缺少相应的理论支撑,为此本文提出受载条件下岩石电阻率特性的理论和试验研究。主要研究内容和成果如下:
　　 (1)基于岩石的导电特性,在研究岩石的成分和结构、含水量及矿化度、孔隙度、泥质等因素对电阻率影响的基础上,得出了对受载岩石电阻率变化起主导作用的是孔隙、裂隙的发展情况和孔隙水的性质。
　　 (2)根据岩石在受载过程中,孔隙、裂隙的发展变化规律,运用断裂力学理论,分析了岩石的变形特性,把微裂隙的闭合、扩展和张开引起的体积应变与岩石的孔隙度联系起来,结合阿尔奇公式建立了单轴加卸载条件下岩石电阻率.应力的理论模型。通过算例计算得出了岩石电阻率随应力的变化规律。
　　 (3)为了验证理论模型的合理性,选取了砂岩、泥岩和灰岩三种岩样进行试验测试,采用高密度电法仪测量岩石的电阻率,得到了单轴加卸载条件下岩石应力-应变曲线和岩石电阻率-应力曲线。并与理论曲线进行对比,结果表明理论曲线和试验曲线吻合相对较好,说明理论模型能反映受载过程中岩石电阻率的变化特性。
　　 (4)结合岩石应力-应变曲线的变化特征和岩石电阻率的影响因素,对受载岩石电阻率变化的机理进行了分析,结果表明,通过电阻率的变化特性可以反映岩石破坏过程中应力的变化规律,从而解决与应力有关的力学问题。