低應(yīng)變率動力擾動作用下花崗巖破壞特征的真三軸試驗研究.pdf

1、隨著經(jīng)濟和工業(yè)的發(fā)展，水利、交通、采礦、核廢料深埋、高埋深防護等工程不斷往深部地下延伸，工程災(zāi)害頻發(fā)。深部地下工程開挖過程中圍巖往往發(fā)生顯著的應(yīng)力調(diào)整，徑向應(yīng)力卸荷（開挖邊界上為零），切向應(yīng)力集中，開挖邊界附近巖體處于高應(yīng)力分異的真三軸應(yīng)力狀態(tài)，甚至接近承載極限。隨著開挖的推進，該部分巖體常受到鉆鑿、機械運轉(zhuǎn)以及遠程爆破等形成的不同形式低應(yīng)變率動力擾動荷載，并最終發(fā)生失穩(wěn)破壞，甚至發(fā)生巖爆。因此，探究深部巖體在低應(yīng)變率動力擾動作用下的力

2、學響應(yīng)和破壞特征，對巖爆機制的研究和巖爆的預(yù)測及防治具有重要的學術(shù)價值和實用工程意義。
　　本文利用高壓伺服動真三軸剛性試驗系統(tǒng)，開展了斜坡動力擾動、低頻循環(huán)動力擾動以及高頻微小循環(huán)動力擾動三種不同形式的低應(yīng)變率(2×10-3～5×10-3s-1)動力擾動花崗巖真三軸試驗研究，分析了不同初始靜應(yīng)力對巖石破壞特征的影響，并通過巖石應(yīng)力-應(yīng)變曲線、破壞形態(tài)、損傷演化規(guī)律和聲發(fā)射特征等試驗結(jié)果對比分析，揭示了不同形式低應(yīng)變率動力擾動荷載

3、作用下巖石的破壞力學行為與破壞機制。研究結(jié)果表明:
　　(1)低應(yīng)變率動力擾動荷載與中高應(yīng)變率沖擊荷載作用下巖石破壞呈現(xiàn)了顯著的差異:①低應(yīng)變率動力擾動荷載作用下試樣的破壞形態(tài)呈多元分區(qū)破壞，破壞后的試樣仍然具有一定承載能力，中高應(yīng)變率沖擊荷載作用下試樣發(fā)生整體失穩(wěn)破壞，呈整體潰散狀;②中高應(yīng)變率沖擊荷載作用下巖石發(fā)生破壞的機制主要是能量的輸入使得巖石發(fā)生破壞，與斜坡動力擾動荷載作用相似，而循環(huán)動力擾動和微擾動荷載主要是疲勞損傷致

4、使巖石發(fā)生破壞。
　　(2)低應(yīng)變率動力擾動易觸發(fā)開挖邊界附近高應(yīng)力巖體發(fā)生真三軸破壞，破壞特征也不同于靜力加載:①斜坡動力擾動荷載作用下巖石破壞峰前無明顯屈服點，應(yīng)力-應(yīng)變主要呈現(xiàn)線彈性響應(yīng);②低應(yīng)變率動力擾動荷載與靜力加載作用下巖石試樣的破壞形態(tài)普遍具有相似的多元分區(qū)破壞特征，即在σ3方向兩側(cè)面附近區(qū)域出現(xiàn)平行于加載方向的劈裂裂縫，在試樣中部區(qū)域出現(xiàn)剪切裂縫，但低應(yīng)變率動力擾動荷載作用下試樣破壞程度更為嚴重;③低應(yīng)變率動力擾動

5、荷載作用下巖石破壞過程中聲發(fā)射計數(shù)和破壞時聲發(fā)射絕對能量累積比靜力加載時要大。
　　(3)斜坡動力擾動作用下的巖石真三軸破壞試驗結(jié)果表明:巖石峰值強度和峰值應(yīng)變隨σ1向靜應(yīng)力的增加先增大后減小，動力擾動過程中巖石的損傷呈階梯型，有明顯的瞬間突增特征。循環(huán)動力擾動和微擾動作用下的巖石真三軸破壞試驗結(jié)果表明:σ1向靜應(yīng)力對巖石破壞存在應(yīng)變門檻值，動力擾動過程中巖石的損傷呈倒S型，表現(xiàn)出明顯的疲勞損傷特征;巖石的σ1向靜應(yīng)力越高，動力擾