一种利用多通道电阻率反映受载岩石内部损伤及裂纹扩展的方法

摘要

本发明公开了一种利用多通道电阻率反映受载岩石内部损伤及裂纹扩展的方法，包括如下步骤：S1：在岩石试块上贴电极片和应变片；S2：真空泡水处理；S3：焊接导线；S4：表面封水处理；S5：连接无纸记录仪；S6：将所述岩石试块放置压力机上；S7：记录此时所述无纸记录仪所显示的初始值；S8：启动所述压力机开始试验；S9：实时记录所述无纸记录仪所显示数值，直至所述岩石试块被压坏；S10：数据处理得到数据曲线；S11：根据三条电阻率‑应变曲线和一条应力‑应变关系曲线分析岩石内部损伤及裂纹扩展状况。本发明根据试验得到的根据三条电阻率‑应变曲线和一条应力‑应变关系曲线的变化可以分析试块受载时内部损伤及裂纹扩展状况。

说明书

技术领域

本发明属于岩石工程领域，涉及一种受载岩石电阻率实时测量方法，具体地说是一种利用多通道电阻率反映受载岩石内部损伤及裂纹扩展的方法。

背景技术

岩石电阻率是岩石导电性的基本参数，是反映岩石内部结构与成分的一个物理量。它与岩石的密度、孔隙率、含水率及其裂隙赋存状况密切相关，当岩石受压，内部裂隙会逐渐发育，岩石内部的水充满空隙使得电流流经岩石的途径发生改变，导致其电阻率发生变化。因此通过岩石电阻率的实时变化，能够很有效的反应岩石内部微裂隙的扩展状况，判断岩石内部的应力状态，对研究岩石破坏前微裂隙发展状况与岩石破坏征兆有着重要作用。

目前很多人测量岩石电阻率时采用分级加载单通道测量电压电流值，无法反映电阻率随应力应变的实时变化，更无法反映岩石内部损伤与裂隙扩展情况。由于岩石内部由于裂隙扩展方向不同，在不同测量面获得的电阻率变化会不同，因此单通道测量电阻率变化无法获得岩石内部裂隙的扩展信息。

现有的电阻率测量方法主要有二极法和四极法。二极法是把电极对称布置在岩石试块的两端面上，直接测量岩石试块的欧姆电阻，然后求得电阻率，但是由于有接触电阻的存在，使试验得到的数据有较大的误差。目前用的较多的是四极法，很多人测量岩石电阻率时直接在钻孔插入电极，但是这样会使试块在受压过程中钻孔处应力集中，且在试验过程中电极受到挤压发生破坏，从而导致试验失败。

传统的蜡封法对含水岩石试块进行封表面处理效果差，在试验过程中封蜡容易整片脱落，造成岩石表面水分蒸发使电阻率发生变化，从而对测得的试验结果产生影响。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种利用多通道电阻率反映受载岩石内部损伤及裂纹扩展的方法。本发明采用的技术手段如下：

一种利用多通道电阻率反映受载岩石内部损伤及裂纹扩展的方法，在此方法中使用了无纸记录仪、静态应变测量仪、变压器和岩石试块，所述岩石试块呈长方体，所述无纸记录仪包括多个电压通道和一个电流通道，包括如下步骤：

S1：将所述岩石试块的三个侧表面分别贴上一组测量电极铜片组，剩余一个侧表面上贴上与所述静态应变测量仪相配合的应变片，将所述岩石试块的上、下两个表面分别贴上供电电极铜片，所述岩石试块的上表面为S；所述一组电极铜片组包括两个测量电极铜片，两个测量电极铜片分别贴在所述岩石试块侧表面的上部和下部，且两个测量电极铜片之间的间距为L；

S2：对经步骤S1得到的岩石试块进行真空条件下泡水处理；

S3：在所述测量电极铜片和所述供电电极铜片上分别焊接导线；

S4：将岩石试块进行表面封水处理；

S5：所述无纸记录仪的电压通道的两个端口分别连接设置在岩石试块侧表面上部和下部的测量电极铜片上的导线；所述电流通道的两个端口中其中一个端口与所述变压器的一个端口连接，所述变压器的另一个端口与贴在所述岩石试块下表面上的供电电极铜片上的导线连接，所述电流通道的另一个端口与贴在所述岩石试块上表面的供电电极铜片上的导线连接；

S6：将所述岩石试块放置压力机上，且所述岩石试块的上表面与所述压力机的上压板之间和所述岩石试块的下表面与所述压力机的下压板之间均垫有薄绝缘板；

S7：记录此时所述无纸记录仪所显示的三个初始电压值U_初和一个初始电流值I_初；计算所述岩石试块未受到所述压力机的单轴压缩时三个侧面的初始电阻率

S8：启动所述压力机开始试验，并记录此时无纸记录仪的时间；

S9：实时记录所述无纸记录仪所显示的每个所述电压通道的电压值U、所述电流通道的电流值I；所述压力机实时记录所述岩石试块所受到的压力F，并实时记录所述岩石试块的应力σ，σ＝F/S；实时记录所述静态应变测量仪所显示的应变值，直至所述岩石试块被压坏，停止试验；

S10：数据处理：根据所述无纸记录仪实时记录的电压值和电流值，计算出所述岩石试块在被所述压力机单轴压缩时，所述岩石试块具有测量电极铜片组的实时电阻率ρ，将电阻率ρ转化为电阻率比，所述电阻率比为ρ/ρ_初，将电阻率比、实时记录的应变和实时记录的应力，以应变为横轴，得到三条电阻率-应变曲线和一条应力-应变关系曲线。；

S11：根据三条电阻率-应变曲线和一条应力-应变关系曲线分析岩石内部损伤及裂纹扩展状况。

在所述步骤S1中，所述测量电极铜片和所述供电电极铜片均通过石墨导电胶与所述岩石试块粘贴，且所述供电电极铜片的表面积与所述岩石试块的上表面的面积相匹配。

在所述步骤S2中，待贴在所述岩石试块上的供电电极铜片和所述测量电极铜片固化后放在真空箱中泡清水4小时左右。

在所述步骤S4中使用刷子将环氧树脂均匀涂在岩石试块表面对所述岩石试块表面进行封水处理，并将封水处理后的岩石试块放置在通风处12小时左右令其固化。

所述变压器将所述供电电极铜片所在电路的电压转化为24V交流电压。

本发明具有以下优点：

1、实现了对岩石试块电阻率的实时测量，消除了人为记录数据的误差性，并且根据电阻率-应变，应变-应力的变化关系来分析随着应力应变的变化，岩石内部裂隙扩展情况。

2、供电电极铜片和测量电极铜片均采用石墨导电胶贴于试块表面，减小接触电阻的同时避免了钻孔对试块产生的影响。

3、对岩石试块的三个面布置测量电极铜片，整理数据后可以得到三条电阻率-应变变化曲线，可分析试块破坏主要裂隙方向与三个面电阻率不同变化的关系。

4、实现了岩石试块表面封水处理后封水材料不易脱落，有效防止试块表面水分的蒸发。

基于上述理由本发明可在岩石电阻率测量等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式中一种利用多通道电阻率反映受载岩石内部损伤及裂纹扩展的方法流程图。

图2是本发明具体实施方式中岩石试块结构示意图。

图3是本发明具体实施方式中岩石试块与无纸记录仪连接示意图。

图4是本发明具体实施方式中电阻率-应变-应力变化折线图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图4所示，一种利用多通道电阻率反映受载岩石内部损伤及裂纹扩展的方法，在此方法中使用了无纸记录仪1、变压器2、静态应变测试仪和岩石试块3，所述岩石试块3呈长方体，所述无纸记录仪1包括多个电压通道11和一个电流通道12，所述静态应变测试仪为TST3822E静态应变测量仪，包括如下步骤：

S1：将所述岩石试块3的三个侧表面分别贴上一组测量电极铜片组，剩下一个侧面上贴有与所述静态应变测试仪相配合的应变片34(本实施例具有两片应变片34，横向设置一片，竖直设置一片)，且将所述岩石试块3的上、下两个表面分别贴上供电电极铜片31，所述岩石试块的上表面为S；所述一组电极铜片组包括两个测量电极铜片32，两个测量电极铜片32分别贴在所述岩石试块3侧表面的上部和下部，且两个测量电极铜片32之间的间距为L；

S2：对经步骤S1得到的岩石试块3进行真空条件下泡水处理；

S3：在所述测量电极铜片32和所述供电电极铜片31上分别焊接导线33；

S4：将岩石试块3进行表面封水处理；

S5：所述无纸记录仪1的电压通道11的两个端口分别连接设置在岩石试块侧3表面上部和下部的测量电极铜片32上的导线33；所述电流通道12的两个端口中其中一个端口与所述变压器2的一个端口连接，所述变压器2的另一个端口与贴在所述岩石试块3下表面上的供电电极铜片31上的导线33连接，所述电流通道12的另一个端口与贴在所述岩石试块3上表面的供电电极铜片31上的导线33连接；

S6：将所述岩石试块3放置压力机4上，且所述岩石试块3的上表面与所述压力机4的上压板41之间和所述岩石试块3的下表面与所述压力机4的下压板42之间均垫有薄绝缘板5，防止实施供电电极铜片31与压力机4形成回路。

S7：记录此时所述无纸记录仪1所显示的三个初始电压值U_初和一个初始电流值I_初；计算所述岩石试块3未受到所述压力机单轴压缩时三个侧面的初始电阻率

S8：启动所述压力机4开始试验，并记录此时无纸记录仪1的时间；

S9：实时记录所述无纸记录仪1所显示的每个所述电压通道的电压值U、所述电流通道的电流值I，所述压力机4实时记录所述岩石试块所受到的压力F，并实时记录所述岩石试块3的应力σ，σ＝F/S；实时记录所述静态应变测量仪所显示的应变值，直至所述岩石试块3被压坏，停止试验；

S10：数据处理：根据所述无纸记录仪1实时记录的电压值和电流值，计算出所述岩石试块3在被所述压力机4单轴压缩时，所述岩石试块3具有测量电极铜片组的实时电阻率ρ，将电阻率ρ转化为电阻率比，所述电阻率比为ρ/ρ_初，将实时电阻率比、实时记录的应变和实时记录的应力，以应变为横轴，得到三条电阻率-应变曲线和一条应力-应变关系曲线。；

S11：根据三条电阻率-应变曲线和一条应力-应变关系曲线分析岩石内部损伤及裂纹扩展状况。

在所述步骤S1中，所述测量电极铜片32和所述供电电极铜片31均通过石墨导电胶与所述岩石试块3粘贴，且所述供电电极铜片31的表面积与所述岩石试块3的上表面的面积相匹配。所述岩石试块3为100mm×100mm×200mm的砂岩试块；所述测量电极铜片32为长20mm，宽5mm的铜片电极片(共6片)，所述供电电极铜片31为长100mm宽100mm铜片电极(共两片)，同组中的两个测量电极铜片32的上下间距为160mm。

在所述步骤S2中，待贴在所述岩石试块3上的供电电极铜片31和所述测量电极铜片32通风放置6小时后其完全固化后放在真空箱中泡清水4小时左右。使所述岩石试块3内部孔隙含水充分。

在所述步骤S4中使用刷子将环氧树脂均匀涂在岩石试块3表面对所述岩石试块3表面进行封水处理，并将封水处理后的岩石试块3放置在通风处12小时左右令其固化。实现了岩石试块3表面封水处理后封水材料不易脱落，有效防止试块表面水分的蒸发。

所述变压器2将所述供电电极铜片所在电路的电压转化为24V交流电压。

根据附图4可以分析出，由于砂岩孔隙率比较大，加载开始后，随着应变和应力的增加，电阻率相比初始值有所下降，试块受到应力后，内部的孔隙得到进一步的压实，由于水的作用，使得整个试块的电阻变小，即电阻率变小；随着压力的继续增大，岩石内部裂隙的逐步发展，微裂隙开始出现贯通，导致内部水充满裂隙使得电阻率下降的更加明显；当岩石试块达到破坏阶段时，微裂隙逐渐形成大的裂隙，导致电流在岩石内部的通路发生很大的改变，试块中的水也无法充满整个裂隙。此时试块电阻率主要受主控破裂面支配，而微裂隙的贡献变得很小，使得电阻率明显上升；因此可以利用多通道电阻率反映受载岩石内部损伤及裂纹扩展情况，根据三个侧表面电阻率变化的不同，可以来分析岩石主要破坏裂隙发展趋势。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。