低應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)生顯著的應力調整，徑向應力卸荷（開挖邊界上為零），切向應力集中，開挖邊界附近巖體處于高應力分異的真三軸應力狀態(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、機械運轉以及遠程爆破等形成的不同形式低應變率動力擾動荷載，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變率動力擾動作用下的力

2、學響應和破壞特征，對巖爆機制的研究和巖爆的預測及防治具有重要的學術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，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力對巖石破壞特征的影響，并通過巖石應力-應變曲線、破壞形態(tài)、損傷演化規(guī)律和聲發(fā)射特征等試驗結果對比分析，揭示了不同形式低應變率動力擾動荷載

3、作用下巖石的破壞力學行為與破壞機制。研究結果表明:
　　(1)低應變率動力擾動荷載與中高應變率沖擊荷載作用下巖石破壞呈現了顯著的差異:①低應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)低應變率動力擾動易觸發(fā)開挖邊界附近高應力巖體發(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，應力-應變主要呈現線彈性響應;②低應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方向兩側面附近區(qū)域出現平行于加載方向的劈裂裂縫，在試樣中部區(qū)域出現剪切裂縫，但低應變率動力擾動荷載作用下試樣破壞程度更為嚴重;③低應變率動力擾動

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果表明:巖石峰值強度和峰值應變隨σ1向靜應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果表明:σ1向靜應力對巖石破壞存在應變門檻值，動力擾動過程中巖石的損傷呈倒S型，表現出明顯的疲勞損傷特征;巖石的σ1向靜應力越高，動力擾