一軸圧縮下での分散型光ファイバを用いた岩盤破壊過程のひずみ特性と破壊位置に関する研究

Study on Strain Characterization and Failure Location of Rock Fracture Process Using Distributed Optical Fiber under Uniaxial Compression.

• Shiang Xu
• Shuangming Wang
• Pingsong Zhang
• Duoxing Yang
• Binyang Sun

抄録

岩盤破壊試験は、岩盤力学の研究において非常に重要な手法である。本研究では、力学試験システム(MTS)に基づき、分散型光ファイバひずみセンサを用いて、一軸圧縮下での円筒状花崗岩試験片の破壊過程の動的ひずみ応答を観察した。岩石試料の破砕を対象とした2群の試験を設計し、研究を行った。主に分散型光ファイバ試験技術とMTS試験装置との間で、円周方向のひずみ応答曲線と時間経過に伴うひずみの進展特性について比較・解析を行った。また、岩盤破砕過程における分散型光ファイバのひずみ特性を得た。その結果、分散型光ファイバセンサで測定したリングひずみと円周方向ひずみゲージで測定したリングひずみは一致しており、リングひずみの誤差は最小で1.27%であった。また、分散型光ファイバのひずみジャンプまたは勾配帯と試料表面の亀裂空間との関係が明らかになり、亀裂の発生・進展時期を合理的に判断でき、岩盤破壊領域の位置を指摘でき、岩盤破壊の前兆情報を提供できることがわかった。分散型光ファイバひずみセンサは、岩盤の変形の線形連続測定を実現することができ、マクロ損傷の進展の研究やフィールドエンジニアリング岩盤の破壊不安定性の予測にある程度の参考を提供することができます。

A rock fracture test is a very important method in the study of rock mechanics. Based on the Mechanics Test System (MTS), the dynamic strain response of the failure process of cylindrical granite specimens under uniaxial compression was observed by using distributed optical fiber strain sensors. Two groups of tests were designed and studied for rock sample fracturing. The main comparison and analysis were made between the distributed optical fiber testing technology and the MTS testing system in terms of the circumferential strain response curve and the evolution characteristics of strain with time. The strain characterization of distributed optical fiber in the process of rock fracturing was obtained. The results show that the ring strains measured by the distributed optical fiber sensor and the circumferential strain gauge were consistent, with a minimum ring strain error of 1.27%. The relationship between the strain jump or gradient band of the distributed optical fiber and the crack space on the sample surface is clear, which can reasonably determine the time of crack initiation and propagation, point out the location of the rock failure area, and provide precursory information about rock fracture. The distributed optical fiber strain sensor can realize the linear and continuous measurement of rock mass deformation, which can provide some reference for the study of macro damage evolution and the fracture instability prediction of field engineering rock mass.