1.本发明属于岩石力学性质测试术领域，具体涉及一种衡量多孔岩土材料孔隙水压力下蠕变力学参数时效损伤规律的测试方法。
背景技术：2.岩土工程中经常会遇到地下水和循环加卸载的共同作用。水力耦合作用使工程岩体的力学性能劣化，实际承载力降低，变形严重，在实际工程中造成的塌方、滑坡等地质灾害对工程建设带来了不良影响。其中多孔岩土材料变形尤为明显，多孔岩土材料在不同围压不同轴压不同孔隙水压力作用下表现为变形对时间持续变化，反应到实际工程中则会出现持续性地表隆起或塌陷。
3.蠕变试验是研究岩石长期力学性能与时效特性的基本方法之一。目前，有关孔隙水压力下蠕变力学参数时效损伤规律的测试方法尚未见报道。针对时效损伤规律，(侯荣彬.考虑初始损伤效应的软岩巷道围岩时效变形损伤机理及控制对策研究[d].北京：中国矿业大学博士学位论文.2018.)该方法有如下特点：试验通过单轴蠕变，不同围压条件下的三轴加速蠕变、衰减蠕变试验获取参数绘制瞬时应变曲线，得到损伤演化规律；秦涛在“循环加卸载下砂岩的力学特性和声发射特征”中利用taw-2000压力机对砂岩开展单轴循环加卸载实验(秦涛.循环加卸载下砂岩的力学特性和声发射特征[j].黑龙江科技大学学报)该方法仅在单轴条件下继续循环试验。而实际工程中，许多各异的岩土工程稳定性评估中，循环加卸载是更为常见的环境扰动，同时，环境中水分子也存在于岩石孔隙中，可见孔隙水压力下的蠕变试验更能体现出实际环境中的岩石长期力学性能与时效特性。
技术实现要素：[0004]
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种衡量多孔岩土材料孔隙水压力下蠕变力学参数时效损伤规律的测试方法，根据圆柱岩石试样在不同围压不同偏压不同孔隙压力下的蠕变试验，获取弹性力学参数和孔隙力学参数随时间的损伤规律，应用于地下储层岩体长期力学稳定性和时效损伤预测。
[0005]
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
[0006]
一种衡量多孔岩土材料孔隙水压力下蠕变力学参数时效损伤规律的测试方法，包括如下步骤：
[0007]
1、将直径为d、高度为h的圆柱岩石试样装样在岩石三轴流变仪的三轴室内，安装环向位移传感器和轴向位移传感器，通过围压压力泵向三轴室内充满油，通过偏压压力泵向偏压室充满油，打开真空泵进行抽真空后打开孔隙水压力泵；
[0008]
2、多级偏压蠕变过程中弹性力学参数时效损伤规律的测试：
[0009]
2.1、通过围压压力泵对圆柱岩石试样施加围压，根据围压的设定值设定围压压力泵压力值为a1，当围压压力泵达设定值a1后维持恒定；
[0010]
2.2、通过孔隙水压力泵对圆柱岩石试样施加孔隙水压力，根据孔隙水压力的设定值设定孔隙水压力泵压力值为b1，当孔隙水压力泵达设定值b1后维持恒定；
[0011]
2.3、通过偏压压力泵对圆柱岩石试样施加偏压，根据偏压的设定值设定偏压压力泵压力值为c1，当偏压压力泵达设定值c1后维持恒定；
[0012]
2.4、当围压压力泵、孔隙水压力泵和偏压压力泵的压力均达到设定值时开始计时，待时间间隔
△
t1后，将偏压卸载加载一次，即将偏压压力泵的压力卸载至0后再加载至设定值c1并维持恒定，此后每间隔
△
t1将偏压循环卸载加载一次，偏压循环卸载加载n次后，第一级偏压下的荷载蠕变试验结束，进入第二级偏压下的蠕变试验，直至第x级偏压下的蠕变试验结束，第一级偏压、第二级偏压
……
第x级偏压的设定值逐级升高；
[0013]
每次偏压卸载过程中，记录偏压压力泵的实时压力、环向位移传感器测得的环向实时数据r和轴向位移传感器测得的轴向实时数据l，根据偏压压力泵压力值与偏压的转换系数，计算实时偏压值p1，以相同时刻的实时偏压值p1和环向实时数据r绘制偏压-环向变形曲线，以相同时刻的实时偏压值p1和轴向实时数据l绘制偏压-轴向变形曲线，选择每次偏压卸载过程中偏压-环向变形曲线上对应的曲线段中的线性段，选择每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段，采用hooke定律进行弹性参数计算，计算公式如下：
[0014][0015][0016][0017][0018][0019][0020]
其中：δl为每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和终点轴向位移变化值；
[0021]
δr为每次偏压卸载过程中偏压-环向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和终点环向位移变化值；
[0022]
δε1为每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和终点轴向应变变化值；
[0023]
δε3为每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和终点环向应变变化值；
[0024]
δp1为每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和终点偏压变化值；
[0025]
e1为每次偏压卸载过程中圆柱岩石试样的弹性模量；
[0026]
μ1为每次偏压卸载过程中圆柱岩石试样的泊松比；
[0027]
g1为每次偏压卸载过程中圆柱岩石试样的剪切模量；
[0028]
k1为每次偏压卸载过程中圆柱岩石试样的体积模量；
[0029]
2.5、以每次偏压卸载过程计算得到的弹性模量、泊松比、剪切模量和体积模量分别为纵坐标，以每次偏压卸载过程中偏压开始卸载的时间点为横坐标，绘制多级偏压蠕变过程中弹性模量、泊松比、剪切模量和体积模量随时间变化的关系曲线；
[0030]
3、多级围压蠕变过程中弹性力学参数时效损伤规律的测试：
[0031]
3.1、通过围压压力泵对圆柱岩石试样施加围压，根据围压的设定值设定围压压力泵压力为a2，当围压压力泵达设定值a2后维持恒定；
[0032]
3.2通过孔隙水压力泵对圆柱岩石试样施加孔隙水压力，根据孔隙水压力的设定值设定孔隙水压力泵压力为b2，当孔隙水压力泵达设定值b2后维持恒定；
[0033]
3.3、通过偏压压力泵对圆柱岩石试样施加偏压，根据偏压的设定值设定偏压压力泵压力为c2，当偏压压力泵达设定值c2后维持恒定；
[0034]
3.4、当围压压力泵、孔隙水压力泵和偏压压力泵的压力均达到设定值时开始计时，待时间间隔
△
t2后，将围压卸载加载一次，即保持轴压不变，将围压压力泵的压力卸载至0后再加载至设定值a2并维持恒定，同时需将偏压压力泵的压力先加载至a2+c2后卸载设定值c2并维持恒定，此后每间隔
△
t2将围压循环卸载加载一次并同时将偏压循环加载卸载一次，围压循环卸载加载m次后，第一级围压下的荷载蠕变试验结束，进入第二级围压下的蠕变试验，直至第y级围压下的蠕变试验结束，第一级围压、第二级围压
……
第y级围压的设定值逐级降低；
[0035]
每次围压卸载过程中，记录围压压力泵的实时压力、偏压压力泵的实时压力、环向位移传感器测得的环向实时数据r’和轴向位移传感器测得的轴向实时数据l’，根据围压压力泵压力值与围压的转换系数，计算实时围压值p2，根据偏压压力泵压力值与偏压的转换系数，计算实时偏压值p1’
，以相同时刻的时围压值p和环向实时数据r’绘制围压-环向变形曲线，以相同时刻的时围压值p和轴向实时数据l’绘制围压-轴向变形曲线，选择每次围压卸载过程中围压-环向变形曲线对应的曲线段中的线性段，选择每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段，采用hooke定律进行弹性参数计算，计算公式如下：
[0036][0037][0038][0039][0040][0041][0042]
其中，δl
′
为每围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点轴向位移变化值；
[0043]
δr
′
为每次围压卸载过程中围压-环向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点
和终点环向位移变化值；
[0044]
δε1′
为每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点轴向应变变化值；
[0045]
δε3′
为每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点环向应变变化值；
[0046]
δp1′
为每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点时刻和终点时刻偏压变化值；
[0047]
δp2为每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点环向应变变化值；
[0048]
e2为每次围压卸载过程中圆柱岩石试样的弹性模量；
[0049]
μ2为每次围压卸载过程中圆柱岩石试样的泊松比；
[0050]
g2为每次围压卸载过程中圆柱岩石试样的剪切模量；
[0051]
k2为每次围压卸载过程中圆柱岩石试样的体积模量；
[0052]
3.5、以每次围压卸载过程计算得到的弹性模量、泊松比、剪切模量和体积模量分别为纵坐标，以每次围压卸载过程中围压开始卸载的时间点为横坐标，绘制多级围压蠕变过程中弹性模量、泊松比、剪切模量和体积模量随时间变化的关系曲线；
[0053]
4、孔隙力学参数时效损伤规律测试：
[0054]
4.1、通过围压压力泵对圆柱岩石试样施加围压，根据围压的设定值设定围压压力泵压力为a3，当围压压力泵达设定值a3后维持恒定；
[0055]
4.2、通过孔隙水压力泵对圆柱岩石试样施加孔隙水压力，根据孔隙水压力的设定值设定孔隙水压力泵压力为b3，当孔隙水压力泵达设定值b3后维持恒定；
[0056]
4.3、通过偏压压力泵对圆柱岩石试样施加偏压，根据偏压的设定值设定偏压压力泵压力为c3，当偏压压力泵达设定值c3后维持恒定；
[0057]
4.4、当围压压力泵、孔隙水压力泵和偏压压力泵的压力均达到设定值时开始计时，待时间间隔
△
t3后，将孔隙水压力卸载加载一次，将孔隙水压力泵的压力卸载至0后再加载至设定值b3并维持恒定，此后每间隔
△
t3将孔隙水压力循环卸载加载一次，偏压循环卸载加载o次后，孔隙水压力蠕变试验结束；
[0058]
每次孔隙水压力卸载过程中，记录围压压力泵内油的实时体积数据v2、围压压力泵的实时压力、孔隙水压力泵内水的实时体积数据v3、孔隙水压力泵的实时压力，根据孔隙水压力泵压力值与孔隙水压力的转换系数，计算实时孔隙水压力p3，根据围压压力泵压力值与围压的转换系数，计算实时围压值p2’
，以相同时刻的实时孔隙水压力p3和水的实时体积数据v3绘制孔隙水压力-孔隙变形曲线；
[0059]
根据biot理论计算孔隙力学参数岩石骨架有效应力，计算公式如下：
[0060]
σ
′
＝p2′‑
biot*p3ꢀꢀꢀꢀ
(13)；
[0061]
其中，σ
′
为岩石骨架有效应力，设定biot系数为1；
[0062]
根据实时围压值p2’
和实时孔隙水压力p3可以计算出岩石骨架有效应力实时值σ
′
；
[0063]
选择每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应曲线段中的线性段，根据biot理论计算孔隙力学参数，计算公式如下：
[0064][0065][0066]
其中，δv2为为每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点围压压力泵中油的体积变化值；
[0067]
δv3为每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点孔隙水压力泵中水的体积变化值；
[0068]
δp3为每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点孔隙水压力变化值；
[0069]
δσ
′
为每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点时刻和终点时刻岩石骨架有效应力变化值；
[0070]
k1为每次孔隙水压力卸载过程中圆柱岩石试样的孔隙体积模量；
[0071]
k2为每次孔隙水压力卸载过程中圆柱岩石试样的岩石骨架体积模量；
[0072]
4.5、以每次孔隙水压力卸载过程计算得到的孔隙体积模量和岩石骨架体积模量分别为纵坐标，以每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力开始卸载的时间点为横坐标，绘制孔隙水压力蠕变过程中孔隙体积模量和岩石骨架体积模量随时间变化的关系曲线。
[0073]
与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：
[0074]
1、本发明为岩石在不同孔隙水压力条件下的长期编写测量提供了新方法，可以简单便捷且准确地采集体积变形数据，其中体积数据精确到了10-3
mm3。
[0075]
2、本发明中岩石的应力条件除了围压和偏压还考虑了孔隙水压力作用，从不同轴压不同围压不同孔隙水压力三个方向进行试验，通过改变控制变量得到岩石蠕变力学参数，分析得出岩样时效损伤规律。
附图说明
[0076]
图1为岩石三轴流变仪的结构示意图。
[0077]
图2为一次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段。
[0078]
图3为岩石试样在孔隙水压力下不同围压不同偏压条件下剪切模量随时间变化的散点图。
[0079]
图4为岩石试样在孔隙水压力下不同围压不同偏压条件下剪切模量随时间的变化图。
[0080]
其中，1-压头、2-底座、3-轴向lvdt、4-环向lvdt、5-密封套管、6-围压压力泵、7-三轴室、8-偏压压力泵、9-偏压室、10-三通阀门、11-出水口、12-真空泵、13-注水口、14-孔隙水压力泵、15-围压阀门、16-偏压阀门、17-溢流阀。
具体实施方式
[0081]
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0082]
实施例1
[0083]
1、选择岩石三轴流变仪，岩石三轴流变仪的结构如下：
[0084]
所选择的岩石三轴流变仪的结构如图1所示，其包括偏压室9、压头1、底座2、三轴
室7、密封套管5、环向lvdt4、轴向lvdt3、围压机构、偏压机构、孔隙水压力机构和真空机构；偏压室9位于三轴室7的上方，围压机构包括围压管、围压压力泵6和围压阀门15，围压管的一端与围压压力泵6连接，围压管的另一端与三轴室7连通，围压阀门15安装于围压管上，围压管上安装有溢流阀17；偏压机构包括偏压管、偏压压力泵8和偏压阀门16，偏压管的一端与偏压压力泵8连接，偏压管的另一端与偏压室9连接，偏压阀门16安装于偏压管上，偏压管上安装有溢流阀17；孔隙水压力机构包括孔隙进水管、孔隙出水管、孔隙水压力泵14和三通阀门15，压头1上设有出水口11，底座2上设有注水口13，孔隙进水管的一端与孔隙水压力泵14连接，另一端与注水口13连接，孔隙出水管的一端与出水口11连接，另一端与孔隙水压力泵14连接，三通阀门15安装于孔隙进水管上；真空机构包括真空泵12和真空管，真空管的一端与真空泵12连接，另一端与三通阀门10连接；
[0085]
2、将直径(d)为49.96mm，高度(h)为100.12mm、孔隙率为20％的标准圆柱岩石试样装入密封套管内，标准圆柱岩石试样上下端均放置垫片，将密封套管固定于压头1和底座2之间，在压头1和底座2之间对称安装两个轴向lvdt3，在密封套管外层中部安装环向lvdt 4；
[0086]
3、打开围压阀门15和围压压力泵6，通过向三轴室7充油，充满后关闭围压阀门15；
[0087]
4、打开偏压阀门16和偏压压力泵8，通过偏压压力泵8向偏压室9充油，充满后关闭偏压阀门16；
[0088]
5、打开三通阀门10与真空泵13连接的接口和真空泵13，利用真空泵13抽出圆柱岩石试样、孔隙进水管和孔隙出水管内的水、空气，并保持真空度，关闭三通阀门10与真空泵13连接的接口，打开三通阀门的另外两个接口和孔隙水压力泵14，利用孔隙水压力泵14对圆柱岩石试样注水；
[0089]
6、多级偏压蠕变过程中弹性力学参数时效损伤规律的测试：
[0090]
6.1、设定围压σ3为10mpa，根据围压压力泵压力值与围压的转换系数，转换系数跟仪器有关，是一个特定的值，此处转换系数为1，由此设定围压压力泵6的设定值为10mpa，打开围压阀门15和围压压力泵6，以一定速率的流量加载方式加载围压压力泵6的压力到设定值10mpa并维持恒定，通过围压压力泵对圆柱岩石试样施加围压σ3；
[0091]
6.2、设定孔隙水压力为2mpa，根据孔隙水压力泵压力值与孔隙水压力的转换系数，转换系数跟仪器有关，是一个特定的值，此处转换系数为1，由此设定隙水压力泵14的设定值为2mpa，打开三通阀门10与孔隙进水管连接的两接口和孔隙水压力泵14，加载孔隙水压力泵14的压力至设定值2mpa并维持恒定，通过孔隙水压力泵对圆柱岩石试样施加孔隙水压力；
[0092]
6.3、设定偏压20mpa，根据偏压压力泵压力值与偏压的转换系数，此处的转换系数跟仪器有关，是一个特定的值，由此设定偏压压力泵8的设定值5.3mpa，打开偏压阀门16和偏压压力泵8，以一定速率的流量加载方式加偏压压力泵8的压力至设定值5.3mpa并维持恒定，通过偏压压力泵对圆柱岩石试样施加偏压(σ
1-σ3)，其中σ1为轴压，当偏压压力泵8的压力达设定值5.3mpa时开始计时，待间隔10h后，以一定速率的流量卸载方式卸载偏压，即将偏压压力泵8的压力卸载至0后再加载至5.3mpa并维持恒定，此后每间隔10h将偏压循环卸载加载一次，偏压循环卸载加载17次后，第一级偏压下的荷载蠕变试验结束，加载偏压至40mpa，进入第二级偏压下的蠕变试验，第二级偏压下的蠕变试验结束；加载偏压至60mpa，
进入第三级偏压下的蠕变试验；
[0093]
每次偏压卸载过程中，记录偏压压力泵的实时压力、环向位移传感器测得的环向实时数据r和轴向位移传感器测得的轴向实时数据l，根据偏压压力泵压力值与偏压的转换系数，计算实时偏压值p1，以相同时刻的实时偏压值p1和环向实时数据r绘制偏压-环向变形曲线，以相同时刻的实时偏压值p1和轴向实时数据l绘制偏压-轴向变形曲线，选择每次偏压卸载过程中偏压-环向变形曲线上对应的曲线段中的线性段，选择每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段，图2为一次偏压卸载(从20mpa卸载至0)过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段，图2中用直线标注的一段为相应的线性段，采用＝hooke定律进行弹性参数计算，计算公式如下：
[0094]
l＝(l1+l2)/2
ꢀꢀ
(1)
[0095][0096][0097][0098][0099][0100][0101]
其中：δl为每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和终点轴向位移变化值；
[0102]
δr为每次偏压卸载过程中偏压-环向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和终点环向位移变化值；
[0103]
δε1为每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和终点轴向应变变化值；
[0104]
δε3为每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和终点环向应变变化值；
[0105]
δp1为每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和终点偏压变化值；
[0106]
e1为每次偏压卸载过程中圆柱岩石试样的弹性模量；
[0107]
μ1为每次偏压卸载过程中圆柱岩石试样的泊松比；
[0108]
g1为每次偏压卸载过程中圆柱岩石试样的剪切模量；
[0109]
k1为每次偏压卸载过程中圆柱岩石试样的体积模量；
[0110]
6.4、以每次偏压卸载过程计算得到的弹性模量、泊松比、剪切模量和体积模量分别为纵坐标，以每次偏压卸载过程中偏压开始卸载的时间点为横坐标，绘制多级偏压蠕变过程中弹性模量、泊松比、剪切模量和体积模量随时间变化的关系曲线；
[0111]
6.5、保持孔隙压不变，增加对圆柱岩石试样施加的围压至15mpa，重复步骤6.3-6.4；
[0112]
6.6、保持孔隙压不变，增加对圆柱岩石试样施加的围压至20mpa，重复步骤6.3-6.4；
[0113]
6.7、根据步骤6.4、6.5和6.6，得到圆柱岩石试样孔隙水压力下不同围压不同偏压条件下剪切模量随时间的变化散点图，如图3所示，由图3可知，剪切模量具有明显的随时间损伤弱化的特点，且围压越小偏压越大的情况弱化趋势越明显。
[0114]
同时得到岩石试样在孔隙水压力下不同围压不同偏压条件下剪切模量随时间的变化图，如图4所示，图中散点为试验实测值，曲线为公式拟合值，从图4可知偏应力为零时，剪切模量没有发生损伤；随偏应力的增加，砂岩损伤程度增大，即剪切模量减小。
[0115]
6.8、利用最小二乘法对剪切模量随时间变化的实测点图4进行拟合，获得公式(7)中的系数α和β，该公式假设多孔砂岩的粘弹性参数中的剪切模量g是由初始剪切模量g0向长期剪切模量g
∞
(《g0)逐渐趋近的，g
t
与时间t之间有以下关系：
[0116][0117]
其中，j2为偏应力第二不变量(j2＝q2/3＝(σ
1-σ3)2/3)；β是与时效损伤程度相关的系数；g0为t＝0时无损伤(ωs＝0)的初始剪切模量；g
t
为多孔砂岩在t时间下的剪切模量，与初始剪切模量相关，σc为给定围压σ3条件下的抗压强度(一般取试验中围压的最大值)；
[0118]
7、多级围压蠕变过程中弹性力学参数时效损伤规律的测试：
[0119]
7.1、通过围压压力泵对圆柱岩石试样施加围压，根据围压的设定值设定围压压力泵压力为a2，当围压压力泵达设定值a2后维持恒定；
[0120]
7.2通过孔隙水压力泵对圆柱岩石试样施加孔隙水压力，根据孔隙水压力的设定值设定孔隙水压力泵压力为b2，当孔隙水压力泵达设定值b2后维持恒定；
[0121]
7.3、通过偏压压力泵对圆柱岩石试样施加偏压，根据偏压的设定值设定偏压压力泵压力为c2，当偏压压力泵达设定值c2后维持恒定；
[0122]
7.4、当围压压力泵、孔隙水压力泵和偏压压力泵的压力均达到设定值时开始计时，待时间间隔
△
t2后，将围压卸载加载一次，即保持轴压不变，将围压压力泵的压力卸载至0后再加载至设定值a2并维持恒定，同时需将偏压压力泵的压力先加载至a2+c2后卸载设定值c2并维持恒定，此后每间隔
△
t2将围压循环卸载加载一次并同时将偏压循环加载卸载一次，围压循环卸载加载m次后，第一级围压下的荷载蠕变试验结束，进入第二级围压下的蠕变试验，直至第y级围压下的蠕变试验结束，第一级围压、第二级围压
……
第y级围压的设定值逐级降低；
[0123]
每次围压卸载过程中，记录围压压力泵的实时压力、偏压压力泵的实时压力、环向位移传感器测得的环向实时数据r’和轴向位移传感器测得的轴向实时数据l’，根据围压压力泵压力值与围压的转换系数，计算实时围压值p2，根据偏压压力泵压力值与偏压的转换系数，计算实时偏压值p1’
，以相同时刻的时围压值p和环向实时数据r’绘制围压-环向变形曲线，以相同时刻的时围压值p和轴向实时数据l’绘制围压-轴向变形曲线，选择每次围压卸载过程中围压-环向变形曲线对应的曲线段中的线性段，选择每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段，采用hooke定律进行弹性参数计算，计算公式如下：
[0124][0125][0126][0127][0128][0129][0130]
其中，δl
′
为每围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点轴向位移变化值；
[0131]
δr
′
为每次围压卸载过程中围压-环向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点环向位移变化值；
[0132]
δε1′
为每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点轴向应变变化值；
[0133]
δε3′
为每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点环向应变变化值；
[0134]
δp1′
为每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点时刻和终点时刻偏压变化值；
[0135]
δp2为每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点环向应变变化值；
[0136]
e2为每次围压卸载过程中圆柱岩石试样的弹性模量；
[0137]
μ2为每次围压卸载过程中圆柱岩石试样的泊松比；
[0138]
g2为每次围压卸载过程中圆柱岩石试样的剪切模量；
[0139]
k2为每次围压卸载过程中圆柱岩石试样的体积模量；
[0140]
7.5、以每次围压卸载过程计算得到的弹性模量、泊松比、剪切模量和体积模量分别为纵坐标，以每次围压卸载过程中围压开始卸载的时间点为横坐标，绘制多级围压蠕变过程中弹性模量、泊松比、剪切模量和体积模量随时间变化的关系曲线；
[0141]
8.、孔隙力学参数时效损伤规律测试：
[0142]
8.1、通过围压压力泵对圆柱岩石试样施加围压，根据围压的设定值设定围压压力泵压力为a3，当围压压力泵达设定值a3后维持恒定；
[0143]
8.2、通过孔隙水压力泵对圆柱岩石试样施加孔隙水压力，根据孔隙水压力的设定值设定孔隙水压力泵压力为b3，当孔隙水压力泵达设定值b3后维持恒定；
[0144]
8.3、通过偏压压力泵对圆柱岩石试样施加偏压，根据偏压的设定值设定偏压压力泵压力为c3，当偏压压力泵达设定值c3后维持恒定；
[0145]
8.4、当围压压力泵、孔隙水压力泵和偏压压力泵的压力均达到设定值时开始计时，待时间间隔
△
t3后，将孔隙水压力卸载加载一次，将孔隙水压力泵的压力卸载至0后再加载至设定值b3并维持恒定，此后每间隔
△
t3将孔隙水压力循环卸载加载一次，偏压循环卸
载加载o次后，孔隙水压力蠕变试验结束；
[0146]
每次孔隙水压力卸载过程中，记录围压压力泵内油的实时体积数据v2、围压压力泵的实时压力、孔隙水压力泵内水的实时体积数据v3、孔隙水压力泵的实时压力，根据孔隙水压力泵压力值与孔隙水压力的转换系数，计算实时孔隙水压力p3，根据围压压力泵压力值与围压的转换系数，计算实时围压值p2’
，以相同时刻的实时孔隙水压力p3和水的实时体积数据v3绘制孔隙水压力-孔隙变形曲线；
[0147]
根据biot理论计算孔隙力学参数岩石骨架有效应力，计算公式如下：
[0148]
σ
′
＝p2′‑
biot*p3ꢀꢀꢀꢀ
(13)；
[0149]
其中，σ
′
为岩石骨架有效应力，设定biot系数为1；
[0150]
根据实时围压值p2’
和实时孔隙水压力p3可以计算出岩石骨架有效应力实时值σ
′
；
[0151]
选择每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应曲线段中的线性段，根据biot理论计算孔隙力学参数，计算公式如下：
[0152][0153][0154]
其中，δv2为为每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点围压压力泵中油的体积变化值；
[0155]
δv3为每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点孔隙水压力泵中水的体积变化值；
[0156]
δp3为每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点孔隙水压力变化值；
[0157]
δσ
′
为每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点时刻和终点时刻岩石骨架有效应力变化值；
[0158]
k1为每次孔隙水压力卸载过程中圆柱岩石试样的孔隙体积模量；
[0159]
k2为每次孔隙水压力卸载过程中圆柱岩石试样的岩石骨架体积模量；
[0160]
8.5、以每次孔隙水压力卸载过程计算得到的孔隙体积模量和岩石骨架体积模量分别为纵坐标，以每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力开始卸载的时间点为横坐标，绘制孔隙水压力蠕变过程中孔隙体积模量和岩石骨架体积模量随时间变化的关系曲线。
技术特征：1.一种衡量多孔岩土材料孔隙水压力下蠕变力学参数时效损伤规律的测试方法，其特征在于包括如下步骤：1.1、将直径为d、高度为h的圆柱岩石试样装样在岩石三轴流变仪的三轴室内，安装环向位移传感器和轴向位移传感器，通过围压压力泵向三轴室内充满油，通过偏压压力泵向偏压室充满油，打开真空泵进行抽真空后打开孔隙水压力泵；1.2、多级偏压蠕变过程中弹性力学参数时效损伤规律的测试：1.2.1、通过围压压力泵对圆柱岩石试样施加围压，根据围压的设定值设定围压压力泵压力值为a1，当围压压力泵达设定值a1后维持恒定；1.2.2、通过孔隙水压力泵对圆柱岩石试样施加孔隙水压力，根据孔隙水压力的设定值设定孔隙水压力泵压力值为b1，当孔隙水压力泵达设定值b1后维持恒定；1.2.3、通过偏压压力泵对圆柱岩石试样施加偏压，根据偏压的设定值设定偏压压力泵压力值为c1，当偏压压力泵达设定值c1后维持恒定；1.2.4、当围压压力泵、孔隙水压力泵和偏压压力泵的压力均达到设定值时开始计时，待时间间隔
△
t1后，将偏压卸载加载一次，即将偏压压力泵的压力卸载至0后再加载至设定值c1并维持恒定，此后每间隔
△
t1将偏压循环卸载加载一次，偏压循环卸载加载n次后，第一级偏压下的荷载蠕变试验结束，进入第二级偏压下的蠕变试验，直至第x级偏压下的蠕变试验结束，第一级偏压、第二级偏压
……
第x级偏压的设定值逐级升高；每次偏压卸载过程中，记录偏压压力泵的实时压力、环向位移传感器测得的环向实时数据r和轴向位移传感器测得的轴向实时数据l，根据偏压压力泵压力值与偏压的转换系数，计算实时偏压值p1，以相同时刻的实时偏压值p1和环向实时数据r绘制偏压-环向变形曲线，以相同时刻的实时偏压值p1和轴向实时数据l绘制偏压-轴向变形曲线，选择每次偏压卸载过程中偏压-环向变形曲线上对应的曲线段中的线性段，选择每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段，采用＝hooke定律进行弹性参数计算，计算公式如下：公式如下：公式如下：公式如下：公式如下：公式如下：其中：δl为每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和终点轴向位移变化值；δr为每次偏压卸载过程中偏压-环向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和终点环向位移变化值；δε1为每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和
终点轴向应变变化值；δε3为每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和终点环向应变变化值；δp1为每次偏压卸载过程中偏压-轴向变形曲线上对应的曲线段中的线性段的起点和终点偏压变化值；e1为每次偏压卸载过程中圆柱岩石试样的弹性模量；μ1为每次偏压卸载过程中圆柱岩石试样的泊松比；g1为每次偏压卸载过程中圆柱岩石试样的剪切模量；k1为每次偏压卸载过程中圆柱岩石试样的体积模量；1.2.5、以每次偏压卸载过程计算得到的弹性模量、泊松比、剪切模量和体积模量分别为纵坐标，以每次偏压卸载过程中偏压开始卸载的时间点为横坐标，绘制多级偏压蠕变过程中弹性模量、泊松比、剪切模量和体积模量随时间变化的关系曲线；1.3、多级围压蠕变过程中弹性力学参数时效损伤规律的测试：1.3.1、通过围压压力泵对圆柱岩石试样施加围压，根据围压的设定值设定围压压力泵压力为a2，当围压压力泵达设定值a2后维持恒定；1.3.2通过孔隙水压力泵对圆柱岩石试样施加孔隙水压力，根据孔隙水压力的设定值设定孔隙水压力泵压力为b2，当孔隙水压力泵达设定值b2后维持恒定；1.3.3、通过偏压压力泵对圆柱岩石试样施加偏压，根据偏压的设定值设定偏压压力泵压力为c2，当偏压压力泵达设定值c2后维持恒定；1.3.4、当围压压力泵、孔隙水压力泵和偏压压力泵的压力均达到设定值时开始计时，待时间间隔
△
t2后，将围压卸载加载一次，即保持轴压不变，将围压压力泵的压力卸载至0后再加载至设定值a2并维持恒定，同时需将偏压压力泵的压力先加载至a2+c2后卸载设定值c2并维持恒定，此后每间隔
△
t2将围压循环卸载加载一次并同时将偏压循环加载卸载一次，围压循环卸载加载m次后，第一级围压下的荷载蠕变试验结束，进入第二级围压下的蠕变试验，直至第y级围压下的蠕变试验结束，第一级围压、第二级围压
……
第y级围压的设定值逐级降低；每次围压卸载过程中，记录围压压力泵的实时压力、偏压压力泵的实时压力、环向位移传感器测得的环向实时数据r’和轴向位移传感器测得的轴向实时数据l’，根据围压压力泵压力值与围压的转换系数，计算实时围压值p2，根据偏压压力泵压力值与偏压的转换系数，计算实时偏压值p1’
，以相同时刻的时围压值p和环向实时数据r’绘制围压-环向变形曲线，以相同时刻的时围压值p和轴向实时数据l’绘制围压-轴向变形曲线，选择每次围压卸载过程中围压-环向变形曲线对应的曲线段中的线性段，选择每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段，采用hooke定律进行弹性参数计算，计算公式如下：形曲线对应的曲线段中的线性段，采用hooke定律进行弹性参数计算，计算公式如下：形曲线对应的曲线段中的线性段，采用hooke定律进行弹性参数计算，计算公式如下：
其中，δl
′
为每围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点轴向位移变化值；δr
′
为每次围压卸载过程中围压-环向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点环向位移变化值；δε1′
为每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点轴向应变变化值；δε3′
为每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点环向应变变化值；δp1′
为每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点时刻和终点时刻偏压变化值；δp2为每次围压卸载过程中围压-轴向变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点环向应变变化值；e2为每次围压卸载过程中圆柱岩石试样的弹性模量；μ2为每次围压卸载过程中圆柱岩石试样的泊松比；g2为每次围压卸载过程中圆柱岩石试样的剪切模量；k2为每次围压卸载过程中圆柱岩石试样的体积模量；1.3.5、以每次围压卸载过程计算得到的弹性模量、泊松比、剪切模量和体积模量分别为纵坐标，以每次围压卸载过程中围压开始卸载的时间点为横坐标，绘制多级围压蠕变过程中弹性模量、泊松比、剪切模量和体积模量随时间变化的关系曲线；1.4、孔隙力学参数时效损伤规律测试：1.4.1、通过围压压力泵对圆柱岩石试样施加围压，根据围压的设定值设定围压压力泵压力为a3，当围压压力泵达设定值a3后维持恒定；1.4.2、通过孔隙水压力泵对圆柱岩石试样施加孔隙水压力，根据孔隙水压力的设定值设定孔隙水压力泵压力为b3，当孔隙水压力泵达设定值b3后维持恒定；1.4.3、通过偏压压力泵对圆柱岩石试样施加偏压，根据偏压的设定值设定偏压压力泵压力为c3，当偏压压力泵达设定值c3后维持恒定；1.4.4、当围压压力泵、孔隙水压力泵和偏压压力泵的压力均达到设定值时开始计时，待时间间隔
△
t3后，将孔隙水压力卸载加载一次，将孔隙水压力泵的压力卸载至0后再加载至设定值b3并维持恒定，此后每间隔
△
t3将孔隙水压力循环卸载加载一次，偏压循环卸载加载o次后，孔隙水压力蠕变试验结束；每次孔隙水压力卸载过程中，记录围压压力泵内油的实时体积数据v2、围压压力泵的实时压力、孔隙水压力泵内水的实时体积数据v3、孔隙水压力泵的实时压力，根据孔隙水压力泵压力值与孔隙水压力的转换系数，计算实时孔隙水压力p3，根据围压压力泵压力值与围压的转换系数，计算实时围压值p2’
，以相同时刻的实时孔隙水压力p3和水的实时体积数据
v3绘制孔隙水压力-孔隙变形曲线；根据biot理论计算孔隙力学参数岩石骨架有效应力，计算公式如下：σ
′
＝p2′‑
biot*p3ꢀꢀꢀꢀ
(13)；其中，σ
′
为岩石骨架有效应力，设定biot系数为1；根据实时围压值p2’
和实时孔隙水压力p3可以计算出岩石骨架有效应力实时值σ
′
；选择每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应曲线段中的线性段，根据biot理论计算孔隙力学参数，计算公式如下：根据biot理论计算孔隙力学参数，计算公式如下：其中，δv2为为每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点围压压力泵中油的体积变化值；δv3为每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点孔隙水压力泵中水的体积变化值；δp3为每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点和终点孔隙水压力变化值；δσ
′
为每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力-孔隙变形曲线对应的曲线段中的线性段的起点时刻和终点时刻岩石骨架有效应力变化值；k1为每次孔隙水压力卸载过程中圆柱岩石试样的孔隙体积模量；k2为每次孔隙水压力卸载过程中圆柱岩石试样的岩石骨架体积模量；1.4.5、以每次孔隙水压力卸载过程计算得到的孔隙体积模量和岩石骨架体积模量分别为纵坐标，以每次孔隙水压力卸载过程中孔隙水压力开始卸载的时间点为横坐标，绘制孔隙水压力蠕变过程中孔隙体积模量和岩石骨架体积模量随时间变化的关系曲线。
技术总结本发明公开了一种衡量多孔岩土材料孔隙水压力下蠕变力学参数时效损伤规律的测试方法，包括如下步骤：1、将圆柱岩石试样装样在岩石三轴流变仪的三轴室内，做好准备工作；2、多级偏压蠕变过程中弹性力学参数时效损伤规律的测试；3、多级围压蠕变过程中弹性力学参数时效损伤规律的测试；4、孔隙力学参数时效损伤规律测试。该方法根据圆柱岩石试样在不同围压不同偏压不同孔隙压力下的蠕变试验，获取弹性力学参数和孔隙力学参数随时间的损伤规律，应用于地下储层岩体长期力学稳定性和时效损伤预测。测。测。
技术研发人员：郑虹 罗肖 曹世奇
受保护的技术使用者：中国科学院武汉岩土力学研究所
技术研发日：2022.07.22
技术公布日：2022/11/1
