双圆环直接拉伸试验试样最优尺寸范围研究

直接拉伸试验是测量岩石抗拉强度最直接有效且最有理论和实际价值的方法,但在传统直接拉伸试验中试样加工难度大,测试设备要求高。为克服传统直接拉伸试验加载困难的缺点,准确测定岩石的抗拉强度,设计研发了多直径岩芯双圆环直接拉伸试验机,从试验和数值模拟两方面重点研究了双圆环直接拉伸试验中试样尺寸的影响和最优取值范围,包括外环直径与试样直径比r_1/R、内环直径与试样直径比r_2/R、内环直径与外环直径比r_2/r_1三个比值的最优范围。研究结果发现,外环直径和内环直径满足r_1/R=0.62±0.08、r_2/R=0.45±0.12、r_2/r_1=0.64±0.06时内外环根部与内外环重叠部位最大应力值相近,获得的抗拉强度与理论值较一致,与其他试验相比,双圆环直接拉伸试验的结果标准差和振荡系数最小。

2种方法优选确定易县紫荆关最大水平主应力量值

钻杆式水压致裂原地应力测试系统的柔性严重影响最大水平主应力的计算精度,如何提高深孔水压致裂测试精度是这一领域的热点和难点。为准确确定河北易县紫荆关断裂附近孔深达600m的ZJGTEST-ZK10钻孔原地应力状态,采用现场测试曲线和室内抗拉强度试验共同对研究区最大水平主应力量值进行比选确定。利用钻孔所揭露岩芯开展巴西圆盘劈裂、空心岩柱液压致裂以及双圆环直接拉伸3种室内试验确定该区域花岗岩的抗拉强度,测定值范围为6.42~9.35MPa。现场水压致裂测试抗拉强度均值为8.01MPa,与室内试验结果具有可比性。研究结果确定了该区最大水平主应力为17.70~35.38MPa,最小水平主应力为10.36~19.38MPa,垂直主应力为5.82~15.49MPa,地应力状态有利于逆断层活动,应力场状态稳定且最大水平主应力方向为北东向,范围为NE40°~56°。通过测试结果的对比分析,当测试段深度大于440m时,测试系统柔性的影响作用明显,基于室内试验测定岩石抗拉强度而计算的最大水平主应力量值明显大于基于重张压力计算值,且更能反映区域真实地应力状态。