加卸載圍壓條件下巖石峰后力學特性試驗研究.pdf

1、巖石的峰后力學特性對充分發(fā)揮巖體的承載力以維持地下工程的穩(wěn)定性、揭示巖體中塑性區(qū)的演化發(fā)展及巖體工程支護優(yōu)化設計起著關鍵作用。因此，研究加卸載圍壓條件下巖石峰后力學性質對工程設計有著非常重要的意義。本文通過對巖樣在殘余強度階段的加卸載圍壓試驗，研究巖石峰后的力學特性，提出了峰后彈性滑移力學機理，并據此建立了數值分析模型，對隧道圍巖變形進行數值分析。主要研究內容及結論如下：
　　（1）常規(guī)三軸試驗中巖石殘余強度的大小受峰值強度和圍壓

2、的影響，在低圍壓下表現更強的圍壓敏感性；這是由于低圍壓下破裂面間只有少量接觸，作用力較小，隨著圍壓的增大，接觸面逐漸變得規(guī)整且面積增大，接觸作用增強，應力-應變關系也由脆性跌落向塑性滑移轉變；頁巖峰值至殘余階段主要發(fā)生的是內聚力的喪失過程，而內摩擦角弱化量很小。
　?。?）殘余階段加卸載圍壓試驗中，卸載圍壓對殘余階段力學特性的影響在多次卸載-多次加載圍壓、多次卸載-一次加載圍壓和循環(huán)加卸載圍壓這三種試驗方案中具有相同的規(guī)律，即在軸

3、向應力處于初始殘余階段限定軸向位移不變，當圍壓以均勻的速度卸載時，軸向應力也相應地均勻降低；卸載圍壓至設定值后，軸向應力在施加軸向位移荷載后保持基本穩(wěn)定，軸向應力-應變關系呈現塑性變形特征。
　　（3）加載圍壓后，軸向應力-應變曲線可分為三個階段，第一是在限定軸向位移情況下加載圍壓時軸向應力隨圍壓增加而增大的軸向應力恢復階段，第二是穩(wěn)定圍壓后施加軸向位移荷載時軸向應力-應變具有與峰前相同的線彈性變形階段，第三是當軸向應力達到殘余應

4、力時產生的彈性滑移變形階段。
　?。?）殘余階段的力學機理可以簡化為彈性巖石塊體沿破裂面的摩擦滑移變形。
　?。?）基于巖石殘余階段的彈性滑移作用機理，提出了巖石峰后單結構面的彈性滑移模型，并通過ANSYS的接觸單元模擬峰后破裂面間的摩擦滑移作用；模擬了不同圍壓下三軸壓縮試驗過程，結果表明模型與實際試驗具有較好的擬合性。
　?。?）基于峰后彈性滑移模型，用ANSYS模擬的隧道圍巖變形能夠很好地反映隧道圍巖的變形特性。巖