不同应力路径下深部岩石真三轴卸荷特性试验.pdf

第 45 卷第 9 期 2020年 9月 煤 炭 学 报 JOURNAL OF CH1NA COAL SOC1ETY Vo l .45 No .9 Sep. 2020 移动阅读 荣浩宇，李桂臣,赵光明，等.不同应力路径下深部岩石真三轴卸荷特性试验[J].煤炭学报,2020,4593140- 3149. RONG Ha o yu, L1 Gu ic h en, ZHAO Gu a n g min g, et a l . Tr u e t r ia x ia l t est st u dy o n mec h a n ic a l pr o per t ies o f deep r o c k ma ss in differ en t st r ess pa t h s [J]. Jo u r n a l o f Ch in a Co a l So c iet y, 2020,459 3140-3149. 不同应力路径下深部岩石真三轴卸荷特性试验 荣浩宇李桂臣2，赵光明3,梁东旭梁巨理▽ 1.中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室，江苏徐州221116； 2.中国矿业大学矿业工程学院，江苏徐州221116； 3.安徽理工 大学能源与安全学院，安徽淮南232001 摘要摘要为了研究深部地下工程施工过程中， ，受开挖扰动影响下深部岩石的变形破坏特性， ，以砂岩 为研究对象， ，采用真三轴扰动卸荷岩石测试系统， ，分别进行真三轴压缩试验、 、恒轴压单面卸荷试验、 、 增轴压单面卸荷试验与降轴压单面卸荷试验， ，分析了深部岩石在不同应力路径下的变形破坏特征 及力学参数演化规律。。研究结果表明 三轴压缩条件下， ，岩石变形表现为轴向压缩以及沿最小主应 力方向扩容, ,破坏模式为剪切破坏， ，破坏原因为外部载荷不断增大超过岩石承载能力。。卸荷条件 下， ，变形表现为沿卸荷方向强烈扩容， ，破坏原因为卸荷面荷载不断减小使岩石承载能力不断降低最 终小于所受外部载荷， ，破坏模式为张剪复合破坏。。不同卸荷路径下， ，最大主应力a1变化对岩石变 形破坏影响显著， ，增轴压路径下， ，卸载卸荷面应力的同时增加a1， ，加剧岩石应变能的释放， ，破坏更 剧烈。。而卸轴压路径下，，的减小降低卸荷面应力变化对岩石变形破坏的影响岩石， ，岩石破坏变 形过程相对较平缓, ,岩石破坏主要是因为卸除卸荷面应力使岩石承载能力降低速率大于外部载荷 降低速率。。三轴压缩条件下， ，随a1增大， ，岩石变形模量E不断减小， ，泊松比“不断增加， ，且变化速 率随a3增大而降低。。卸荷条件下， ，E随卸荷的进行不断减小，“，“不断增大， ，在临近破坏时变形参数 劣化速率迅速增大。。在卸荷条件下， ，岩石承载能力随着卸荷面应力的减小而不断减小， ，增轴压路径 下卸荷的同时增大a1促进了岩石内部裂隙的萌生扩展， ，岩石承载强度降幅最大， ，而卸轴压路径下， ， 的降低在一定程度上抑制了裂隙的扩展, ,岩石承载强度降幅相对较小。 。 关键词关键词真三轴； ；卸荷; ;砂岩； ；应力路径; ;破坏特性 中图分类号中图分类号TL45 文献标志码文献标志码A 文章编号文章编号0253-99932020 09-3140-10 True triaxial test study on mechanical properties of deep rock mass in different stress paths RONG Ha o yu1,2 ,L1 Gu ic h en1,2, ZHAO Gu a n g min g3 ,L1ANG Do n g x u1,2, L1ANG Ju l i12 1. Key La bora tory of Deep Coa l Resource Mining of the Ministry of Educa tion , China University of Mining a nd Technology, Xuzhou 221116 , China ； 2. School of Mines , China University of Mining a nd Technology, Xuzhou 221116, China ； 3. Colla ge of Energy a nd Sa fety, Anhui University of Science a nd Technology, Hua ina n 232001 , China Abstract To st u dy t h e defo r ma t io n a n d fa il u r e c h a r a c t er ist ic s o f deep r o c k u n der t h e in fl u en c e o f ex c a v a t io n dist u r b a n c e du r in g t h e c o n st r u c t io n o f deep u n der g r o u n d en g in eer in g, t h e t r u e t r ia x ia l c o mpr essio n t est, c o n st a n t a x ia l pr es su r e sin g l e side u n l o a din g t est ,a u g men t ed a x ia l pr essu r e sin g l e side u n l o a din g t est a n d r edu c ed a x ia l pr essu r e sin g l e side u n l o a din g t est wer e c o n du c t ed u sin g t h e t r u e-t r ia x ia l t est in g syst em fo r c h a r a c t er ist ic o f r o c k dist u r ba n c e a n d u n l o a din g . Th e defo r ma t io n a n d fa il u r e c h a r a c t er ist ic s o f deep r o c k u n der differ en t st r ess pa t h s a n d t h e ev o l u t io n l a w o f 收稿日期收稿日期2019-07-03 修回日期修回日期2019-09-23 责任编辑责任编辑陶 赛 DOIDOI10. 13225/j. c n ki.jc c s.2019.0891 基金项目基金项目国家重点基础研究发展计划资助项目2016YFC0600901；国家自然科学基金资助项目51574224 作者简介作者简介荣浩宇1992，男，安徽淮北人，博士研究生。E-ma il891391522q q .c o m 通讯作者通讯作者李桂臣1980，男，河北衡水人，教授，博士生导师。E-ma ill ig u ic h en 126. c o m 第9期荣浩宇等不同应力路径下深部岩石真三轴卸荷特性试验3141 mec h a n ic a l pa r a met er s a r e a n a l yzed by l o a d t est . Th e r esu l t s sh o w t h a t① Un der t r ia x ia l c o mpr essio n, r o c k defo r ma t io n is c h a r a c t er ized by a x ia l c o mpr essio n a n d dil a t a t io n a l o n g t h e dir ec t io n o f min imu m pr in c ipa l st r ess 3. Th e fa il u r e mo de is sh ea r fa il u r e. Th e fa il u r e r ea so n is t h a t t h e ex t er n a l l o a d in c r ea ses c o n t in u o u sl y a n d ex c eeds t h e bea r in g c a pa c it y o f r o c k. Un der u n l o a din g c o n dit io n s , t h e defo r ma t io n sh o ws a st r o n g ex pa n sio n a l o n g t h e u n l o a din g dir ec t io n . Th e fa il u r e r ea so n is t h a t t h e l o a d o n u n l o a din g su r fa c e dec r ea ses c o n t in u o u sl y,so t h a t t h e bea r in g c a pa c it y o f r o c k de c r ea ses c o n t in u o u sl y,a n d u l t ima t el y l ess t h a n t h e ex t er n a l l o a d. Th e fa il u r e mo de is t en sio n -sh ea r c o mpo sit e fa il u r e. ② Un der differ en t u n l o a din g pa t h s, t h e c h a n g e o f ma x imu m pr in c ipa l st r ess 1 h a s a sig n ific a n t impa c t o n r o c k defo r ma t io n a n d fa il u r e. Un der t h e a u g men t ed a x ia l c o mpr essio n pa t h ,t h e st r ess o f u n l o a din g a n d u n l o a din g su r fa c e in c r ea ses “1 a t t h e sa me t ime, wh ic h in t en sifies t h e r el ea se o f r o c k st r a in en er g y a n d c a u ses mo r e sev er e da ma g e. Un der t h e u n l o a din g pa t h, t h e dec r ea se o f 內 內 r edu c es t h e in fl u en c e o f st r ess c h a n g e o n r o c k defo r ma t io n a n d fa il u r e. Th e pr o c ess o f r o c k fa il u r e a n d defo r ma t io n is r el a t iv el y smo o t h . Th e ma in r ea so n fo r r o c k fa il u r e is t h a t u n l o a din g su r fa c e st r ess r e du c es r o c k bea r in g c a pa c it y fa st er t h a n ex t er n a l l o a d r edu c t io n r a t e. ③ Un der t r ia x ia l c o mpr essio n ,wit h t h e in c r ea se o f “1 , r o c k defo r ma t io n mo du l u s E dec r ea ses, P o isso n s r a t io [i in c r ea ses, a n d t h e c h a n g e r a t e dec r ea ses wit h t h e in c r ea se o f “3. Un der u n l o a din g c o n dit io n s, E dec r ea ses wit h u n l o a din g, wh il e i in c r ea ses c o n t in u o u sl y, a n d t h e det er io r a t io n r a t e o f defo r ma t io n pa r a met er s in c r ea ses r a pidl y n ea r fa il u r e. ④ Un der u n l o a din g c o n dit io n s,r o c k bea r in g c a pa c it y dec r ea ses wit h t h e dec r ea se o f st r ess o n u n l o a din g su r fa c e. Wh il e u n l o a din g u n der a u g men t ed a x ia l c o mpr essio n pa t h, in c r ea sin g “1 pr o mo t es t h e in it ia t io n a n d ex pa n sio n o f c r a c ks in r o c k, a n d t h e dec r ea se o f r o c k bea r in g st r en g t h is t h e l a r g est . Un der u n l o a din g a x ia l c o mpr essio n pa t h, t h e dec r ea se o f “1 in h ibit s t h e ex pa n sio n o f c r a c ks t o a c er t a in ex t en t . Th e dec r ea se o f bea r in g st r en g t h o f st o n e is r el a t iv el y sma l l . Key words t r u e t r ia x ia l; u n l o a din g ； sa n dst o n e; st r ess pa t h ； fa il u r e c h a r a c t er ist ic s 近年来,随着浅部资源开采殆尽及地下空间需求 增长,矿藏资源开采、隧道建设不断向深部延深，由深 部高应力、高渗透压力、高温环境引发的岩爆、围岩大 变形等地质灾害问题日益突出，因此为确保地下工程 施工安全,研究深部岩体力学特性十分必要。 深部工程岩体由于所处的“三高”环境,其力学 性质与浅部岩体存在显著差异,表现出明显的非线性 特征［1-3］。为掌握深部岩石的破坏机制，国内外学者 进行了大量的研究并取得了丰硕的成果。汪斌 等［4-6］通过室内岩石三轴加卸载试验研究了高应力 下应力路径对强度参数影响规律；ALEJANO L R 等［7-8］研究了岩石卸荷扩容特性及其剪胀角变化规 律，提出了岩石剪胀角函数;刘新荣等［9］研究了卸荷 条件下砂岩的应力-应变特征、强度变形特征等，并 推导了卸荷本构模型；TSOUTHRELIS C E等［10-11 ］利 用单轴及三轴加卸载试验研究了岩石变形破坏特征 及能量演化规律。但这些成果都是在常规三轴条件 下获得的,而巷道等地下洞室开挖后围岩复杂的应力 调整路径常规三轴试验无法准确反映。 基于此部分学者采用真三轴试验研究深部岩体 的力学特性。HAIMSON等［12-13］通过真三轴试验研 究了岩石的力学性质和岩爆机理;周火明等［14］进行 大理岩原位真三轴试验研究深埋隧洞围岩卸载路径 破坏特性;DU等［15-17］通过真三轴加卸载试验,研究 发现岩石试件的岩性、尺寸和中间主应力的大小均对 试件的破坏特征与峰值强度有显著影响;HE等［18］研 究了岩石在真三轴卸荷条件下的岩爆及声发射过程; 王蒙等［19］研究了真三轴加卸载条件下巷道周边裂隙 岩体变形破坏特性，这些成果丰富了岩石卸荷力学特 性的研究,但对于岩石在不同加卸载路径下的变形破 坏规律对比分析,以及加卸载过程中岩石力学参数演 化规律的研究还存在不足。 基于此，笔者以砂岩为研究对象,利用真三轴仪 器模拟深部高地应力条件下岩石的受力状态,进行不 同应力路径下的加卸载试验，研究深部岩石在不同应 力路径下的变形破坏特征及力学参数演化规律。 1真三轴加卸载试验方案 1.1真三轴试验条件真三轴试验条件 试验采用安徽理工大学研制的真三轴扰动卸荷 岩石测试系统，试验系统为全数字闭环控制系统，由 计算机、传感元件、执行元件、控制器组成，可以实现 在试验过程中对位移、荷载、变形的控制，该系统具有 较高的测控精度以及较好的扩展能力,试验系统如图 1所示（1〜6表示试验仪器不同加载端头的编号）。 1. 2砂岩试件制备砂岩试件制备 试验以砂岩为对象，砂岩取自芦岭矿，岩石均质, 制备尺寸为050 mmX100 mm的标准试件及尺寸为 3142煤 炭 学 报2020 年第 45 卷 图1真三轴扰动卸荷岩石测试系统 Fig . 1 Tr u e-t r ia x ia l t est in g syst em fo r c h a r a c t er ist ic o f r o c k dist u r ba n c e a n d u n l o a din g 100 mmX100 mmX 100 mm的立方体试件，取标准试 件进行单轴压缩，测定岩石材料的力学参数，包括单 轴抗压强度、弹性模量、泊松比,所得标准试件物理力 学参数见表1。 表表1岩石物理力学参数岩石物理力学参数 Table 1 Rock physical and mechanical parameters 岩石 试件 密度/ g - c m-3 单轴抗压强 度c/MP a 弹形模量 E/GPa 泊松比灿 砂岩 2. 667. 16. 600. 28 1. 3试验方案试验方案 对立方体试件进行真三轴试验,试验过程中设定 最大主应力沿Z向，中间主应力a2沿Y向，最小 主应力冬沿X向。 图2加载示意 Fig . 2 Lo a din g sc h ema t ic 1方案1真三轴压缩试验。试验步骤①试 验采用力加载方式，首先加载F” Fy F 1 kN,将岩 石试件固定住;②将3个方向的力加载至地应力水 平，以 60 kN/min 0. 1 MP a /s加载 Fx 50,100, 150 kN,Fy 200, F2 500 kN,即 a1 50 MP a , a2 20 MP a ,b35,10,15 MP a，稳定 5 min；③ 保持 a2, b3不变,以60 kN/min加载a1至试件破坏。 2 方案2恒轴压单面卸荷试验。试验步骤 ①，②同方案1;③保持6,不变，以60 kN/min 加载至三轴强度的80 ,稳定5 min;④以 30 kN/min 0. 05 MP a /s卸载2面垂直于a 3方向 荷载入至试件破坏。 3 方案3增轴压单面卸荷试验。试验步骤 ①，②同方案1;③保持2, 3不变，以60 kN/min 加载5至三轴强度的80 ,稳定5 min;④以 30 kN/min 0.05 MP a /s卸载2面荷载au,同时以 30 kN/min加载a1，直至试件破坏。 4 方案4卸轴压单面卸荷试验。试验步骤 ①，②同方案1;③保持2, 3不变，以60 kN/min 加载1至三轴强度的80 ,稳定5 min;④以 30 kN/min 0.05 MP a /s卸载2面荷载u,同时以 30 kN/min卸载1，直至试件破坏。 2试验结果分析 2.1岩石加卸载破坏变形特征对比岩石加卸载破坏变形特征对比 图3为不同3下砂岩真三轴压缩最大主应力- 应变关系曲线。其中体积应变引的计算公式为 eV _ AV/V _ ex e2 e3 1 由图3可知,加载初始阶段，岩石试件内的微裂 隙被压实闭合，各向应变均为正,试件处于压缩状态; 弹性阶段,增长速率明显大于侧向应变，引为正, 试件变形以轴向压缩为主;屈服阶段，随着1的不断 增大,试件内部裂隙迅速扩展贯通，侧向应变增长速 率开始增大，其中破坏阶段, 贯通的裂隙形成贯穿整个试件的破裂面，最终岩石试 件发生破坏。同时发现，随着3增大,试件应变不断 增大，其中础，及引变化最大变化较小，岩石 试件表现出由脆性向延性转变的趋势。 图4为不同3下砂岩真三轴恒轴压单面卸荷最 大主应力-应变关系曲线。由图4可知，在加载阶段 应力应变关系特征与真三轴压缩下大致相同。 而开 始卸荷后，随着卸荷面应力u的降低岩石试件乞迅 速增大只有少量增加,乞的增长量与增长速率远 大于店v迅速由正转负，岩石试件由体积压缩状态 转为体积扩容状态，而勺在整个过程中几乎不变。 随着 3 增大, 试件破坏时应变变化较小, 岩石破坏仍 第9期荣浩宇等不同应力路径下深部岩石真三轴卸荷特性试验3143 表现出脆性特征,说明在一定范围内,内的变化对岩 石卸荷变形影响较小。 应变/10-3 a 7z --ct35 MP a --丨△厂1 I A y I，这说明在H的变化引起的s3大于1及2 通过比较不同卸荷路径下的应变围压柔量可以发现 10 6 f2 10 2 10 4 0 2 4 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 应变/10 3 c卸轴压 -10 -8 -6-4 -2 0 2 4 应变/10弓 a恒轴压 -4 -2 应变/1 b增轴压 图6不同应力路径下砂岩卸荷过程卸荷面应力与应变 关系曲线 Fig . 6 St r ess-st r a in c u r v es o f u n l o a din g su r fa c e o f sa n dst o n e u n der differ en t st r ess pa t h s 表表4不同路径下砂岩破坏卸荷状态不同路径下砂岩破坏卸荷状态 Table 4 Failure and unloading state of sandstone under different paths 路径破坏时卸荷面应力u/MP a 卸荷量Au/3 / 恒轴压 1.981 增轴压 3. 466 卸轴压 0. 991 I△玄 I 方案 2 1 I 方案 1 I Ag \ 方案 3 且增轴压路径下,”对岩石试件变形的影响最大,而 卸轴压路径下,u对岩石试件的变形的影响最小。 3146煤 炭 学 报2020 年第 45 卷 Table 5Stress-strain 表表5不同应力路径下试件卸荷过程中应力应变增量以及应变围压柔量不同应力路径下试件卸荷过程中应力应变增量以及应变围压柔量 increment and rate of strain variations of specimens under different stress paths during unloading 路径 应力增量 应变增量/10-3应变围压柔量/ - MP a-1 △q /MP a △Sy Sz △Sy △巧 △y △z △y 恒轴压 -8. 1-8. 73-0. 5621.10-8. 340. 107 80. 006 5-0. 013 60. 102 9 增轴压 -6. 6-9. 95-0. 5631.72-9. 010. 150 80. 008 5-0. 026 10. 136 5 卸轴压 -9. 1-8. 65-0. 5700. 70-8. 290. 095 10. 006 3-0. 007 70. 091 1 2.4破坏特征分析破坏特征分析 图7为砂岩典型加卸载宏观破坏示意图。对比 岩石试件加卸载破坏示意图可以发现,在真三轴加载 条件下，岩石内部产生多条剪切裂缝,剪切裂缝扩展 贯通形成多个贯穿整个岩石试件的剪切破坏面，岩石 破坏模式主要为轴向压缩形成的剪切破坏。恒轴压 卸荷条件下,岩石破坏模式较复杂,岩石试件内侧出 现由剪切裂缝扩展贯通形成的剪切破坏面，而在临近 卸荷面处可以观察到张拉作用引起的岩板剥落以及 劈裂裂缝,岩石试件沿卸荷面的扩容现象显著，最终 试件内侧的剪切裂隙向卸荷面扩展与劈裂裂隙贯通, 岩石试件的破坏模式主要为张剪复合破坏。且在卸 荷条件下,岩石的变形破坏更加剧烈,破坏时伴随巨 大的声响，脆性特征明显。 t /Ur a 真轴压缩b恒轴压卸荷 遴增轴压卸荷 d 卸轴压卸荷 剪切踰 图7典型宏观破坏示意 Fig . 7 Typic a l ma c r o sc o pic fa il u r e sc h ema t ic dia g r a m 由图7可知,3种不同应力路径下,均有岩石试件 沿卸荷方向发生明显的扩容现象，岩石试件破坏模式 均为张剪复合破坏,试件在卸荷面附近出现张拉作用 引起的劈裂破坏以及剥落的岩板，在试件内侧出现多 个剪切裂隙贯通形成的剪切破裂面。 在增轴压卸荷卸 荷路径下,岩石试件破碎度最大,变形破坏最剧烈,卸 轴压卸荷路径下岩石试件变形破坏过程相对最平缓。 3变形参数分析 在分析岩体变形特性时,变形模量E与泊松比“ 是非常重要的参数，为得到真三轴加卸载过程中试件 变形模量与泊松比的演化规律[21],采用如下计算式 { [L - a3/By - 1 Ba3 一 內 E [ T, -“ 2 冬] 其中,B 唧6。通过上式即可得到岩石在真三轴受 力状态下的变形模量E与泊松比“的变化规律。 3.1岩石加卸载力学参数演化规律岩石加卸载力学参数演化规律 图8为砂岩在真三轴压缩条件下轴压与变形模 量E及泊松比“的关系曲线,其中以力加载至地应 力水平时为起点。可以发现真三轴压缩条件下，岩石 试件的E均在T1达到峰值后迅速减小，且试件在轴 向上的承载能力也快速降低。“随着T1增大不断增 加，而当T1达到峰值后，随着T1的继续增大,“迅速 增大，岩石试件破坏时，“大小为0. 5左右。t3较小 时，变形模量E在减小过程中变化更加迅速，而t 较高时，变形模量变化过程相对较缓,而泊松比在轴 压越过峰值后，在T3较低时条件下变化更加剧烈, T较高时变化较慢。 第9期荣浩宇等不同应力路径下深部岩石真三轴卸荷特性试验3147 0.8 0.6 H 0.4 0.2 0 50 100 150 200 轴压/MP a b泊松比 图8砂岩真三轴压缩轴压与变形参数关系曲线 Fig . 8 Rel a t io n c u r v es bet ween a x ia l c o mpr essio n a n d defo r m a t io n pa r a met er s o f sa n dst o n e u n der t r u e t r ia x ia l c o mpr essio n 将式3中“3替换为“u即可得到岩石试件在 真三轴单面卸荷条件下的变形模量与泊松比，图9为 砂岩在真三轴卸荷条件下卸荷面应力“”与E及“ 的关系曲线，以卸荷起始点为起点，图中圈出部分为 破坏点。 由图9可以发现,E的初始值随着围压的增大而 增大,在卸荷过程中，随着“”的不断降低,E不断减 小，而当“”接近破坏值时，其降低速率迅速增大并出 现陡降。“在卸荷过程中随着“”的降低不断增大, 并且增长速率也在不断增大，在“”临近破坏值时达 到最大，甚至可以看到，部分曲线中“超过了 0.5,这 主要是因为此时“还包括岩石试件中因侧向扩容产 生的裂隙扩展张开变形。可以发现，卸荷条件下试件 E与“在临近破坏时会发生剧烈变化,而真三轴压缩 试验中,E与“变化则较平缓。 3.2不同应力路径下岩石变形参数演化规律不同应力路径下岩石变形参数演化规律 图10为利用式4计算得到的不同应力路径下 砂岩E及“与“”的关系曲线。由图10可知,3种应 力路径中，均有岩石试件的E随着卸荷的进行不断 降低的趋势,且减小速率在“”临近破坏值时快速增 加，并在破坏时达到最大。“随着“”的降低不断增 大，其增长速率也不断增大，且在发生破坏时达到最 图9砂岩恒轴压卸荷卸荷面应力与变形参数关系曲线 Fig . 9 Rel a t io n c u r v es bet ween st r ess a n d defo r ma t io n pa r a met er s o n u n l o a din g su r fa c e o f sa n dst o n e u n der c o n st a n t a x ia l pr essu r e 大。由图10可知,增轴压路径中E减小速率最大，而 卸轴压路径中E在卸荷初始阶段会出现一个快速降 低的过程，这是因为试件卸荷同时降低轴压，试件的 强度以及刚度都在降低,“变化趋势与变形模量类 似,以增轴压路径中“的增长速率最大。 4岩石卸荷力学特性分析 图11为根据表2中数据所得的岩石真三轴加卸 载试件破坏强度与“3关系拟合曲线。由图11可知, 真三轴加载与卸荷条件下，岩石试件的承载能力均随 着“3的增大而增大，岩石试件的三轴压缩峰值强度 以及卸荷破坏强度随“3的升高而增大，且在“3较小 时，试件的卸荷破坏强度随“3增长速率最大，随着 “3的增加，其增长速率逐渐放缓。 图12为对表3中数据进行拟合得到的不同应力 路径下砂岩卸荷破坏强度与“”关系曲线。在3种应 力路径下, 均有岩石试件的卸荷破坏强度随着卸荷面 应力“”的减小而不断减小的趋势，其降低速率随着 “”减小不断增大，由图12可以发现在“”2 MP a时, 试件卸荷破坏强度随着“”的减小大幅度地降低并出 现陡降。 增轴压卸荷路径下, 岩石试件的卸荷破坏强 3148煤 炭 学 报2020 年第 45 卷 图10不同应力路径下砂岩卸荷面应力与变形参数关系曲线 Fig . 10 Rel a t io n c u r v es bet ween st r ess a n d defo r ma t io n pa r a m et er s o f u n l o a din g su r fa c e o f sa n dst o n e u n der differ en t st r ess pa t h s 图11砂岩真三轴加卸载试件破坏强度与3关系曲线 Fig . 11 Rel a t io n c u r v es bet ween t r u e t r ia x ia l l o a din g a n d u n l o a din g fa il u r e st r en g t h o f spec imen s a n d 3 度随”变化降幅最大，减小约46,主要原因是在 卸荷的同时增加轴压，使试件的承载能力不断降低, 同时所受的外部荷载也在不断加大。 而卸轴压卸荷 路径下，试件承载能力随”变化降幅最小，减小约 40，主要原因是岩石试件在卸荷的同时降低轴压, 试件所受的外部荷载同时降低。 5结 论 1三轴压缩条件下,岩石变形表现为轴向压缩 以及沿最小主应力方向扩容，且随着3增大岩石破 坏延性特征更加明显,破坏模式为剪切破坏,破坏原 图12不同应力路径下砂岩卸荷破坏强度与”关系曲线 Fig . 12 Rel a t io n c u r v es bet ween bea r in g st r en g t h a n d ” o f sa n dst o n e u n der differ en t st r ess pa t h s 因为外部载荷不断增大超过岩石承载能力。 三轴卸 荷条件下，变形表现为沿卸荷方向强烈扩容，变形量 随着3增大变化较小，破坏原因为卸荷面荷载不断 减小使岩石承载能力不断降低最终小于所受外部载 荷,破坏模式为张剪复合破坏。加卸载条件下，岩石 沿中间主应力方向几乎无变形。 2 不同应力路径下，卸荷过程中最大主应力1 变化对岩石变形破坏影响显著,增轴压路径下,卸载 u的同时增加1 ,加剧岩石应变能的释放,促进了 岩石内部裂隙扩展贯通,破坏更剧烈。而卸轴压路径 下,］的减小降低u变化对岩石变形破坏的影响岩 石，岩石破坏变形相对较缓，岩石破坏主要是因为卸 除u使岩石承载能力降低速率大于外部载荷降低速 率。 3 三轴压缩条件下，随1增大,岩石变形模量 E不断减小,泊松比“不断增加,且变化速率随3增 而降低。卸荷条件下,E呈随卸荷的进行不断降低，“ 不断增大,在临近破坏时由于岩石内部裂隙迅速扩展 贯通,变形参数劣化速率迅速增大，其中增轴压路径 下变形模量与泊松比变化速率最大。 4 三轴加卸载条件下,3增大能有效提高岩石 的承载能力。 在卸荷条件下, 岩石承载能力随着 u 的减小而不断减小,增轴压路径下，卸荷的同时增大 1促进了岩石内部裂隙的萌生扩展,岩石承载强度 降幅最大，而卸轴压路径下,1的降低在一定程度上 抑制了裂隙的扩展，岩石承载强度降幅相对较小。 参考文献参考文献References [1] 何满潮.深部的概念体系及工程评价指标[J].岩石力学与工程 学报,2005,2416 2854-2858. 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