不同应力路径下花岗岩三轴加卸载力学响应及其破坏特征_李地元_孙志_李夕兵_谢涛
动静组合加载下岩石破坏的应变能密度准则及突变理论分析_李夕兵
第24卷第16期岩石力学与工程学报V ol.24 No.16 2005年8月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug.，2005动静组合加载下岩石破坏的应变能密度准则及突变理论分析李夕兵，左宇军，马春德(中南大学资源与安全工程学院，湖南长沙 410083)摘要：阐述了岩石在动静组合载荷作用下使用应变能密度定义破坏准则的适用性。
分析认为，岩石破坏的应变能密度的临界值与岩石破坏之前的不可逆变形过程和外界条件有关，而不可逆变形过程主要是由于岩石的非弹性变形、损伤和其他内部耗散机制引起的，且反映静水压力的体积变形能在某些应力状态条件下的岩石破坏中是不能忽略的。
提出用机械模型来反映动静组合加载下岩石单元体弹性的劣化和非弹性变形的产生以及加载速率的影响，并以机械模型为基础，求出受一维静载岩石在动载作用下破坏应变能密度的临界值。
同时，根据静力预加载结构的冲击屈曲突变模型，建立了静加载岩石系统的冲击破坏模型，进一步分析了动静组合加载下岩石的破坏。
最后，采用低周疲劳加载方法在Instron电液饲服控制材料试验机上进行了红砂岩中应变率下的动静组合加载破坏试验，对应变能密度准则和突变理论模型进行了验证。
结果表明，理论模型与试验结果有较好的一致性。
关键词：岩石力学；动静组合加载，应变能密度；破坏准则；中应变率；低周疲劳加载中图分类号：TU 452 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)16–2814–11 FAILURE CRITERION OF STRAIN ENERGY DENSITY ANDCATASTROPHE THEORY ANALYSIS OF ROCK SUBJECTEDTO STATIC-DYNAMIC COUPLING LOADINGLI Xi-bing，ZUO Yu-jun，MA Chun-de(School of Resources and Safety Engineering，Central South University，Changsha410083，China)Abstract：The applicability of a failure criterion for the strain energy density of rock under static-dynamic loading is proposed. According to the analysis，critical value of strain energy density of rock is mainly determined by preceding irreversible deformation process and current environmental state；and the irreversible deformation is mainly caused by nonelastic deformation，damage and other possible intrinsic dissipative mechanisms of rock in a mechanical system；and volume deformation energy associated with hydrostatic stress effects can not be neglected on some stress states. Using mechanical model to represent the reduction of elasticity，occurrence of inelasticity deformation and effect of loading rate are proposed. On the basis of mechanical model，the critical value of strain energy density of rock under static-dynamic loading is derived. According to the catastrophe model for impact buckling of static-loading structures，a new catastrophe model for impact disturbance fragmentation of a rock system under static loading is established to analyze the rock failure under static-dynamic coupling loading ulteriorly. Finally，by using of the Instron electro-hydraulic and servo-controlled material testing machine and adopting low-cycle-index fatigue loading method，the test of red sandstone failure with medium strain rate under收稿日期：2005–04–29；修回日期：2005–06–17基金项目：国家自然科学基金资助项目(10472134，50490274，50174056)作者简介：李夕兵(1962–)，男，博士，1983年毕业于中南矿冶学院采矿工程专业，现任“长江学者”特聘教授、博士生导师，主要从事采矿与岩石动力学方面的教学与研究工作。
三轴加卸载下花岗岩脆性破坏及应力跌落规律
裂 面 一般 垂 直 于卸荷 主 方 向 ， 高初 始 围压 时双 向卸 荷 甚 至 在 次卸 荷 方 向也 可产 生 环 形 张拉 裂缝 。 破 坏 围压较 高 时破 裂面 剪性 特征 相 对 明显 ， 剪 性 裂面 一般 追踪 张 性破 裂 面 发展 而成 ， 但 并在 剪 切 面 两侧 发 育较 多微 张 裂缝 。 而相对 较 高 围压 下常规 三 轴压 缩岩 石 一般 为 剪切 破 坏 ， 张性 裂缝 很 少 ； 常 规 三轴 压缩 岩石 的应 力脆 性跌 落 系数 随 围压 的 增 大 而增 大 ， 而在 卸荷 条 件 下却 随初 始 围压 的 增 大
Ａｂｓｒ ｃ ： ｈ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｍ ａ ｉ ａ ｌ ｅ ａ ｓ ｒ ｓ ｂｒｔ ｌ ｄ ｏｐ ｔａ ｔ Ｔ ｅ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉ ｔｃ ｆ ｄｅ ｏｒ ｔｏｎ ｆ ｉｕｒ ｎｄ ｔ ｅ ｓ ｉｔｅ ｒ ｏｆ ｇｒ ｎ ｔ ｕ ｅ ｌ ｄｉ ｇ ｎｄ ａ ｉｅ ｎｄ ｒ ｏａ ｎ ａ ｕ ｏ ｄ ｎｇ ｃ ｄｉｉ ｓ ａ ｅ ｔ ｉ ｄ ｒ ｓ ｃ ｉ ｅ ｙ ｎｌ ａ ｉ ｏｎ ｔｏｎ ｒ ｓ ｕｄ ｅ ｅ ｐｅ ｔｖ ｌ ｂａ ｅ ｏ ｔ ｏ ｎｌ ａ ｉ ｔ ｅ ｓ ｐａ ｈ ａ ｅ ａ ｃ ｎｖ ｎ ｉ ｎａ ｓ ｄ ｎ ｗ ｕ ｏ ｄ ｎｇ ｓ ｒ ｓ ｔ ｃ ｓ ｓ ｎｄ ｏ ｅ ｔｏ ｌ ｔｉ ｘｉ ｌｃ ｐｒ ｓ ｉ ｘ ｒｍ ｅ ｔ ． Ｔ ｈｅ ｅ ｅ ｉ ｅ ｓ ｓ ｗ ｈ ｔ ｔ ｉ ａ ｙ ｄｅ ｏ ｍ ａ ｉ ｏｃ ｓ ｒ ｂｏ ｄ ｒａ ａ ｏｍ ｅ ｓｏｎ ｅ ｐｅ ｉ ｎ ｓ ｘｐ ｒｍ ｎｔ ｈｏ ｔ ａ ｈｅ ｐｒｍ ｒ ｆ ｒ ｔｏｎ ｏｆｒ ｋ ｉ ｅ ｕｎ
第 ３ ３卷 第 ２ 期
脆性岩石循环加卸载试验及应变损伤参数分析
脆性岩石循环加卸载试验及应变损伤参数分析卢高明;李元辉;张希巍;金长宇【摘要】To investigate the characteristics of strength,deformation and damage properties of brittle rocks under cyclic loading and unloading conditions of different stress,rock mechanical tests with various of stress paths corresponding as the uni-axial compression test,triaxial compressive test,uniaxial and triaxial cyclic loading and unloading test are carried out on the di-abase specimens from Macheng iron mine, to obtain the strength, deformation properties and the characteristics of complete stress-strain curve of brittle rock under cyclic loading and unloading conditions. A kind of relative strain damage parameter in the process of cyclic loading and unloading test,combined are presented. Combining with the existing damage mechanics theo-ry,the damage evolution of brittle rock are researched in the process of failure. The laboratory investigation shows that:①The peak strength of cyclic loading and unloading test is 10% ~20% lower than the average uniaxial compressive strength,while the peak strength appears discreteness under triaxial conditions.②The variation trend of elastic constants is closely related to the damage mechanism of microcrack closed,open and expansion of rock under cyclic loading and unloading condi tions.③The extent of damage accumulation inside the rock increased with the increase of cycles and the absolute strain damage parameter are little affected by confining pressure,while radial relative strain damage parameter is influenced much by confining pressure.%为研究不同应力状态循环加卸载条件下脆性岩石的强度、变形和损伤力学特性，对马城铁矿辉绿岩开展了单轴压缩、三轴压缩以及单轴、三轴循环加卸载等不同应力路径岩石力学试验，得到了脆性岩石在单轴和三轴条件下的强度、变形特征以及循环加卸载应力-应变曲线变化规律。
不同应力路径对岩石声发射Kaiser效应的影响
收稿日期:2006 04 21基金项目:国家自然科学基金资助项目(50474017;50474018);中国博士后基金资助项目(20060390973) 作者简介:李元辉(1968-),男,山东莱州人,东北大学教授,博士后第28卷第4期2007年4月东北大学学报(自然科学版)Journal of Northeastern U niversity(Natural Science)Vol 28,No.4Apr.2007不同应力路径对岩石声发射Kaiser 效应的影响李元辉1,袁瑞甫1,2,赵兴东1(1.东北大学资源与土木工程学院,辽宁沈阳 110004; 2.河南理工大学能源科学与工程学院,河南焦作 454000)摘 要:为了解在循环加载过程中使用不同应力路径岩石声发射K aiser 效应的特征,采用岩石破裂过程分析软件(RF PA 2D )对三种不同应力路径下岩石试样的声发射特征进行了数值计算 在循环加载中采用不同的应力路径对试样加载,在二次加载过程中仍能观测到清晰的K aiser 效应,但是K F 值却与先前的最大应力值有较大差别 研究结果表明,岩石Kaiser 记忆的真实内容不是先前所受的最大应力,而是岩石内部的损伤程度 使用从原岩中取样,在实验室做单轴压缩声发射实验观测KF 值的方法测得的应力值与真实的原岩应力有较大的差别 这一结论对于进一步认识K aiser 效应的本质和用K aiser 效应准确的测定原岩应力有重要的作用关 键 词:声发射;K aiser 效应;应力路径;数值实验;原岩应力中图分类号:T D 315 文献标识码:A 文章编号:1005 3026(2007)04 0576 04Effect of Different Stress Paths on Kaiser Effect of Rock Acoustic EmissionL I Yuan hui 1,YUAN Rui f u 1,2,Z H A O X ing dong 1(1.School of R esources &Civil Eng ineering,Northeaster n U niversity ,Shenyang 110004,China; 2.School of Ener gy Science and Eng ineering,Henan Polytechnic U niversity,Jiaozuo 454000,China.Correspo ndent:L I Yuan hui,E mail:neuly h @.)Abstract :To understand the characteristic of Kaiser effect along different stress paths during cyclic load acting on rock,a numerical computation w as conducted using the softw are RFPA 2D (Rock Failure Process Analysis)for the characteristics of AE (acoustic emission)along three different stress paths in rock specimens.T he results showed that the Kaiser effect is still clearly observed in the subsequent cycle w hen the specimens are under the action of cyclically loading though a big difference betw een KF values (the stress value at Kaiser effect point)and previous max stress value is found.It w as revealed that what w as actually recorded in the Kaiser effect memory is the damage level w ithin rock other than the max stress acting previously on the specimens.So,if sampling from parent rock,the stress v alue measured from observing KF value by uniax ial compression AE testing in lab is different greatly from that in parent rock.The conclusion is significant to understanding the essence of Kaiser effect and how to use it to determine the in situ stress.Key words:acoustic emission;Kaiser effect;stress path;numerical test;in situ stress 1953年,德国科学家Kaiser 首先发现金属材料在受载过程中的声发射具有不可逆现象[1],即对材料进行重复加载时,只有载荷达到材料先前所受的最大载荷后,才会有明显的声发射产生,材料的这种 记忆!现象被称为Kaiser 效应 1963年,Goodman 通过实验发现在岩石材料中也存在Kaiser 效应[2] 此后,Kaiser 效应就因其能直观表现岩石的记忆能力而备受关注,并且被广泛地应用于测试原岩应力[3-6]岩石声发射Kaiser 效应的力学本质是岩石受到载荷后内部的损伤会增加(新的微裂纹出现或原有微裂纹扩展),重新加载时,只有在达到先前最大载荷后新的损伤才会重新扩展 Kaiser效应表现的是岩石对所经历的外部环境的记忆,而其实质是岩石对自身受到的损伤程度的记忆,它明确表达了岩石材料破坏过程的不可逆性[6-7] 在用Kaiser效应测定原岩应力时,通常采用的方法是在原始岩芯上取6个(或9个)方向上的试样,在实验室里做单轴压缩声发射实验,测得各试样的Kaiser效应点应力,以此应力值做为该试样方向上的最大应力,然后用弹性力学理论求出岩芯所处环境的原岩应力[3-4] 但是,用此方法测试时的试样已经脱离了原始地质环境,文献[8]表明不同的应力路径对岩石所造成的损伤程度是不一样的 实验室对岩石试样的单轴压缩与岩样所受的原岩应力显然不是同一个应力路径,所以单轴压缩所测的Kaiser效应点应力是否就是试样在原始地质环境中该方向上的最大应力值得怀疑为此,本文应用岩石破裂过程分析软件(RFPA2D),采用不同的应力路径对岩石试样循环加载,以探讨不同应力路径对Kaiser效应的影响 (关于RFPA的具体使用方法、功能及原理的介绍见文献[9-10])1 数值模型设定本文采用平面应力模型,试样的尺寸为100mm∀50mm,模型划分为200∀100个单元 设定试样的力学性质(单元的弹模及强度)服从Weibull分布 C(m, ),其中,m表示构成岩石的所有单元力学性质的均质程度, 表示单元力学性质的平均值 本模型单元的弹模和强度的分布形态分别为 E(3,45GPa)和 (2.5,100MPa),单元的拉压强度比为1/10,内摩擦角为30# 采用修正的摩尔-库仑准则(Mohr Coulomb Criterion)作为单元破坏的判据[11]2 实验结果及分析为了更清晰地认识不同的应力路径对Kaiser 效应的影响,首先对试样进行最简单的单轴循环压缩实验,得到了声发射累计数与应力关系曲线(图1)和加载步与应变和声发射(AE)数的关系图(图2),与真实实验结果非常吻合[4] 从图1,图2中可以看出,单轴循环加载条件下,可以清晰地观测到Kaiser效应,而且Kaiser效应十分准确地记忆了试样先前所受的最大应力,即Felicity比值(FR)[4,7]等于1图1 单轴循环加载AE累计数与应力关系Fi g.1 R elationship between AE accumulated counts and stress under uniaxial cyclic loading图2 单轴循环加载加载步与AE数和应变关系Fig.2 Relati onship between AE counts,strain andloading s tep under uni axial cyclic loading2.1 加载路径的选择根据软件自身的功能并结合用Kaiser效应测试应力的实际情况,选择三种加载路径:(1)首循环单轴加载,位移控制,每步加载0 002mm,加载至0 06mm后卸载,二次加载时加上围压(分别为5,10,15,20,30MPa),轴向加载过程与首循环相同,加载至试样破坏,此加载路径记为路径∃;(2)首循环常规三轴加载(围压分别为5,10, 15,20,30MPa),轴向采用位移控制加载,每步加载0 002mm,加载至0 1mm后卸载,二次加载采用单轴加载,加载至试样破坏,此路径记为路径%;(3)首循环常规三轴加载,与路径%首循环相同,卸载时先卸围压,每步0 5M Pa,然后卸轴压,二次加载仍采用单轴加载,加载至试样破坏,此路径记为路径&2.2 实验结果(1)路径∃从图3可以看出,二次加载加上围压后, Kaiser效应点的应力值(以下简称KF值)出现明显的滞后现象,而且围压越大KF值越滞后 图4显示Felicity比值随着二次加载时围压值的增大而增大,但不同围压下的FR几乎都处于同一直577第4期 李元辉等:不同应力路径对岩石声发射Kaiser效应的影响线上图3 路径∃下轴向应力与AE 累计数关系Fig.3 Relati onship between axial stress andAE accu mulated counts along path∃图4 F elicity 比值(FR )与二次循环围压值关系F i g.4 R elationship between Feli city ratio andconfini ng pressure in the subsequent loading cycle along path ∃(2)路径%此加载路径与用Kaiser 效应测原岩应力时试样受到的应力路径十分相似 图5显示,二次加载时由于卸去了围压,KF 值出现明显的超前现象,即单轴压缩测得的KF 值比先前有围压加载时的最大应力要小,并且围压对KF 值的影响很大 如图6,首次加载时加5MPa 围压,则测得的KF 值仅为先前最大应力的43%(FR=0 43),围压越大,对FR 值的影响越大,当围压达到30M Pa 时,测得的FR 值仅为0 10图5 路径%时轴向应力与AE 累计数关系Fig.5 Relationshi p between axial stress and AEaccumulated counts along path%图6 Felicity 比值(FR )与首次循环围压值关系F i g.6 R elationship between Feli city ratio andconfini ng pressure in the previous l oading cycle along path %(3)路径&图7显示,在保持轴向变形的情况下卸围压,虽然轴向应力减小,但试样内部微裂纹继续产生和扩展,表现为声发射数继续增加 二次加载时采用单轴加压,KF 值与首循环过程中卸围压至零时的轴向应力相等,而并非等于试样先前所受的最大轴向应力图7 路径&时应力与AE 累计数关系Fig.7 Relationshi p between axial stress and AEaccumulated counts along path &2.3 结果分析从以上结果可知,试样受到不同的应力路径加载,Kaiser 效应记忆先前最大应力的准确性受到很大影响首先,在加载路径∃下,由于二次加载时加上了围压,要使先前产生的裂纹继续扩展则必须要超过先前最大载荷,所以声发射的恢复出现滞后现象 而当路径为%时,情况则正好相反,由于首次加载有围压的保护作用,使微裂纹的出现和扩展需要比单轴加载时更大的轴向应力,二次加载时去掉了围压,所以在还没有达到先前最大的轴向应力时就有AE 事件出现,声发射的恢复表现出超前现象采用路径&加载时,在保持轴向应变卸围压时,虽然轴向应力逐渐减小,但试样继续受到损578东北大学学报(自然科学版) 第28卷伤,声发射数继续增加 二次加载时KF值与首循环过程中卸围压至零时的轴向应力相等,显然Kaiser效应记忆的并不是最大轴向应力,而是试样在首循环加载过程中所受的最大损伤从以上结果和分析可知,对试样采用不同应力路径循环加载时,二次加载过程中都能观测到类似的Kaiser效应!,但Kaiser效应记忆的并不是试样先前所受的最大应力,而应该是试样内部的最大损伤程度,图7更是非常形象地表达了这种现象3 结论与讨论通过使用RFPA2D软件对岩石试样在三种不同循环应力路径下的声发射特征进行了数值实验,发现试样先后受到不同的应力路径加载时,在二次加载过程中仍能观测到清晰的Kaiser效应!,但KF值并不等于先前的最大应力值 所以Kaiser效应记忆的真实内容不是岩石先前所受的最大应力而是岩石内部的损伤程度,从图3,图5,图7可以清楚地观测到这一现象,这更进一步验证了Kaiser效应的实质迄今为止,Kaiser效应的最大用途是用于测定原岩应力 根据加载路径%下的实验结果,使用从原岩中取样然后在实验室单轴加载测定KF 值的方法测得的结果与真实原岩应力值有很大差别 如要准确地测定原岩应力,必须在实验室重现试样先前所受的应力路径,而这又是不可操作的 如前所述,Kaiser记忆的是岩石内部的损伤程度,所以如何从岩石损伤的角度用实验室测得的KF值推测真实的原岩应力,是使用Kaiser效应准确测定原岩应力必须要解决的课题参考文献:[1]Kaiser J.Erkenntnisse und fol gerungen aus der messung vongerausch en bei zugbeanspruchung von metallischenw erkstoffen[J].Archiv eise nh Uttenw esen,1953,24:43-45.[2]Goodman R E.Sub audible noise during compression of rock[J].Geo Soc A m Bu ll,1963,74:487-490.[3]Kurita K,Fujii N.Stress memory of crystalli n e rocks inacous tic emission[J].G eophysic al Res L ett,1979,6:9-12.[4]Li C L,Norlund E.Experimental verifi cati on of the Kai sereffect in rock[J].M echanics a nd Rock Engineering,1993,26(4):333-351.[5]陈勉,陈治喜,金衍 用斜井岩芯的声发射效应确定深层地应力[J] 岩石力学与工程学报,1998,17(3):311-314(Chen M ian,Chen Zhi xi,Jin Yan.Determination of in situstresses at great depth by using acoustic em i ssion technique ofinclined core[J].Chine se Jour nal of R ock M echanics andEngineering,1998,17(3):311-314.)[6]Lockner D.The role of acoustic emissi on in the study of rockfracture[J].I nt J R ock M ech M in G e omech A 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真三轴加卸载应力路径对原煤力学特性及渗透率影响
真三轴加卸载应力路径对原煤力学特性及渗透率影响尹光志;刘玉冰;李铭辉;邓博知;刘超;鲁俊【摘要】深部煤炭资源开采过程中,由于地应力和工程扰动的影响,煤岩体常处于三向不等压的真三轴应力状态(σ1 ＞σ2 ＞σ3),而采用常规三轴(σ1＞σ2=σ3)的加载应力路径难以反映煤岩体的实际受力状态.为此,利用自行研制的“多功能真三轴流固耦合试验系统”,研究了真三轴加卸载应力路径下原煤力学特性及渗透率演化规律.结果表明:真三轴加卸载应力路径对原煤的变形、强度特性及渗透率演化规律有重要影响.与CCT加载应力路径相比,LUT,LUUT应力路径下原煤峰值强度降低;真三轴加卸载应力路径下原煤八面体剪应力与有效平均正应力之间存在线性关系.真三轴加卸载应力路径下的原煤破坏方式均为拉-剪复合破坏.此外,真三轴加卸载应力路径对原煤渗透率演化规律有显著影响.%During the process of deep coal mining,coal seams are generally under the true triaxial stress state (σ1 ＞σ2＞σ3),which is influenced by the crustal stress and strong excavation disturbance.The results of conventional traxial stress tests (σ1 ＞σ2 =σ3) could not correctly describe the in-situ condition.In order to more accurately replicate the stress environment of coal seams,the self-developed new multi-functional true triaxial fluid-solid coupling experiment system was applied to investigate the mechanical properties and permeability evolution of coal under true triaxial loading-unloading stress paths.The results show that the true triaxial loading-unloading stress path has a great influence on the deformation and failurebehavior,strength characteristics,permeability pared with the CCT stress path,the LUT and LUUT stress paths reduced the peak strengthof coal.The octahedral shear stress and the effective mean normal stress of coal can be linearly fitted.The failure modes of coal under different true triaxial loading-unloading paths were composite tensile-shearfailure.Additionally,true triaxial stress path has great influence on the permeability evolution of coal.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2018(043)001【总页数】6页(P131-136)【关键词】真三轴加卸载;应力路径;力学特性;渗透率【作者】尹光志;刘玉冰;李铭辉;邓博知;刘超;鲁俊【作者单位】重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400030;重庆大学资源及环境科学学院,重庆 400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400030;重庆大学资源及环境科学学院,重庆 400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400030;重庆大学资源及环境科学学院,重庆 400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400030;重庆大学资源及环境科学学院,重庆 400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400030;重庆大学资源及环境科学学院,重庆 400030;重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400030;重庆大学资源及环境科学学院,重庆400030【正文语种】中文随着我国煤炭资源开采深度的增加，越来越多的煤矿将进入深部开采阶段[1]。
不同卸载方向下高应力岩石真三轴卸荷力学特性研究
不同卸载方向下高应力岩石真三轴卸荷力学特性研究向前;王科;翁磊;尤伟军;储昭飞;李泽宇【期刊名称】《水文地质工程地质》【年(卷),期】2024(51)3【摘要】深部岩体开挖过程中,围岩应力场在开挖面附近形成交替分布的应力升高区(加载区)和应力降低区(卸载区),极易引发高应力岩体失稳破坏。
尽管目前已有诸多关于岩石加卸载破坏方面的研究,但在复杂真三轴应力路径下岩石加卸载破坏机理的认识仍不充分。
针对这一问题,文章以山东玲珑金矿花岗岩立方块试样为研究对象,首先进行了不同侧向应力下真三轴加载破坏试验,并进一步开展了不同卸荷方向下真三轴卸载破坏试验,深入研究了花岗岩试样在复杂真三轴加卸载路径下的强度及破坏特征。
试验结果表明:随着中间主应力的增大,真三轴加载条件花岗岩的破坏模式由张拉-剪切复合型破坏转变到张拉破坏,真三轴加载破坏强度先增大后缓慢减小;在相同中间主应力和最小主应力条件下,花岗岩的真三轴卸载破坏强度均小于其加载破坏强度,Mogi强度公式可以很好地拟合卸载最小主应力条件下的真三轴卸载强度。
该成果可为深部岩体工程稳定性控制和设计提供重要的理论依据和指导。
【总页数】10页(P80-89)【作者】向前;王科;翁磊;尤伟军;储昭飞;李泽宇【作者单位】中建三局第一建设工程有限公司;无限元数创科技有限公司;武汉大学土木建筑工程学院【正文语种】中文【中图分类】TU458【相关文献】1.真三轴应力条件下加卸荷速率对砂岩力学特性与能量特征的影响2.不同应力路径下深部岩石真三轴卸荷特性试验3.不同真三轴路径下岩石卸荷特性与破裂特征研究4.高应力下原煤三轴卸荷力学特性研究5.基于真三轴卸载试验不同倾角组合煤岩力学特性研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
不同围压下砂岩循环加卸载动力特性研究
循环加卸载损伤大理岩的动力学特性
DOI：10.11883/bzycj-2019-0164
爆炸与冲击
EXPLOSION AND SHOCK WAVES
Vol. 39, No. 8 Aug., 2019
循环加卸载损伤大理岩的动力学特性*
蔚立元1,2，朱子涵1，孟庆彬1，靖洪文1，苏海健1，家重点实验室，江苏 徐州 221116； 2. 陆军工程大学爆炸冲击防灾减灾国家重点实验室，江苏 南京 210007）
摘 要 ： 利 用 MTS 815 电 液 伺 服 岩 石 实 验 系 统 进 行 上 限 应 力 为 80%、 85%、 90%、 95% 单 轴 抗 压 强 度 的 大 理岩单轴压缩循环加卸载实验，每种上限应力条件分别设置 20、40、60、80 次循环。再利用分离式 Hopkinson 压杆对损伤岩样进行动力学实验。分析了循环加卸载上限应力及循环次数对大理岩塑性应变的影响，揭示 了 大 理 岩 动 态 力 学 参 数 和 破 碎 吸 收 能 随 损 伤 变 量 的 演 化 规 律 。 实 验 结 果 表 明 :塑 性 应 变 与 循 环 次 数 呈 正 相 关，且上限应力越大，塑性应变趋于稳定所需的循环次数也会增大；动态单轴抗压强度、动态弹性模量随损 伤变量增加呈指数衰减；破碎吸能占比以损伤变量 D=0.343 为临界点分为两个阶段，D＜0.343 时，破碎吸能占 比稳定在 10% 左右，数值约为 13 J，当 D＞0.343 时破碎吸能占比随损伤变量增加不断增大。研究结果可为岩 体工程的设计、施工及支护参数的选取提供参考。
关键词： 岩石力学；循环加卸载；分离式 Hopkinson 压杆；损伤变量；动态力学特性；能量 中图分类号： O347.3 国标学科代码： 13015 文献标志码： A
采动应力路径下花岗岩变形破坏特性及能量演化机制
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓ ｐａｔｈｓ ｏｆ ｋｉｌｏｍｅｔｅｒ￣ｄｅｅｐ ｇｒａｎｉｔｅ ｄｕｒｉｎｇ ｍｉｎｉｎｇꎬ ｔｈｅ ｔｒｉａｘｉａｌ
由 爽等: 采动应力路径下花岗岩变形破坏特性及能量演化机制
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率见表 １. 升轴压定围压试验:先以 ０ ２ ＭＰａ / ｓ 加
载速率加载至指定围压 １５ꎬ２５ꎬ３５ ＭＰａꎬ然后采用
位移控制方式ꎬ以 ０ ０２ ｍｍ / ｍｉｎ 加载速率加载轴
压至岩样破坏.
表 １ 岩石初始应力水平与卸荷速率
ｕｎｌｏａｄｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ. Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｃｏｎｆｉｎｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｌｅｖｅｌｓꎬ ｒｏｃｋ
ｓｔｏｒｅｓ ｍｏｒｅ ｅｎｅｒｇｙ ｂｅｆｏｒｅ ｒｅａｃｈｉｎｇ ｐｅａｋ ｆａｉｌｕｒｅꎬ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｌｅａｓｅｄ ｄｕｒｉｎｇ
由增大转为减小的转折点ꎻ相较于升轴压定围压试验ꎬ卸荷条件下弹性能转化为耗散能的比例更高ꎬ岩石破坏
程度更剧烈.
关 键 词: 花岗岩ꎻ卸荷ꎻ力学实验ꎻ变形破坏ꎻ能量演化
中图分类号: ＴＵ ４５ 文献标志码: Ａ 文章编号: １００５ － ３０２６(２０２３)０８ － １１７７ － １１
定. 卸荷试验分为两类:一是升轴压卸围压试验
( σ１ ↑ꎬσ３ ↓) ꎻ 二是定轴压卸围压试验 ( σ１ － ꎬ σ３
受酸腐蚀花岗岩反复加卸载后力学性能研究
河南科技Henan Science and Technology矿业与水利工程总第813期第19期2023年10月收稿日期：2023-03-21基金项目：江西省自然科学基金（20202ACBL214016）。
作者简介：郭立军（1976—），男，本科，高级工程师，研究方向：岩土、隧道工程施工。
受酸腐蚀花岗岩反复加卸载后力学性能研究郭立军（中铁四局集团第一工程有限公司，安徽合肥230041）摘要：【目的】地下工程在施工时常面临着反复加卸载和酸腐蚀的双重影响，导致岩石的物理力学性质发生劣化，对工程造成不良影响，有必要开展相关研究。
【方法】为了探究水化学环境下岩石反复加卸载力学性能劣化机理，选取在不同水化学溶液浸泡后的花岗岩进行反复加卸载试验，分析破坏形式并研究pH 值和腐蚀时间以及加载次数对应力、应变影响的规律。
【结果】结果表明：在水化学溶液腐蚀和反复加卸载双重耦合作用下，随着腐蚀作用加强，破坏形态由剪切破坏向劈裂破坏转变，由脆性向塑性转化比较明显；轴向应变和轴向应力随加载次数的增加逐渐增大，随着水溶液pH 值的减小其峰值强度没有减小，反而有小幅上升。
【结论】在水化学溶液腐蚀和反复加卸载耦合的作用下，花岗岩力学性能劣化明显。
研究结果可为岩体工程在酸腐蚀和循环加卸载耦合作用下的长期稳定性的评价提供试验参考和依据。
关键词：反复加卸载；水化学溶液；花岗岩中图分类号：TU45文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2023）19-0073-04DOI ：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.19.014Study on Mechanical Properties of Acid Corroded Granite afterRepeated Loading and UnloadingGUO Lijun(China Railway Fourth Bureau Group First Engineering Co.,Ltd.,Hefei 230041,China)Abstract:[Purposes ]The construction of underground engineering often faces the dual effects of re⁃peated loading and unloading and acid corrosion,resulting in the deterioration of the physical and me⁃chanical properties of rocks,which has a negative impact on the project ，it is necessary to carry out rel⁃evant research.[Methods ]In order to explore the degradation mechanism of rock mechanical properties under repeated loading and unloading in a hydrochemical environment,granite samples soaked in differ⁃ent hydrochemical solutions were selected for repeated loading and unloading tests.The failure forms were analyzed and the effects of pH value,corrosion time,and loading times on stress and strain were studied.[Findings ]The results show that under the dual coupling effect of water chemical solution corro⁃sion and repeated loading and unloading,as the corrosion effect intensifies,the fracture morphology changes from shear failure to splitting failure,and the transition from brittleness to plasticity is more ob⁃vious;The axial strain and axial stress gradually increase with the increase of loading times,and the peak strength does not decrease with the decrease of pH value of the aqueous solution,but slightly increases.[Conclusions ]Under the coupling effect of water chemical solution corrosion and repeated loading and unloading,the mechanical properties of granite deteriorate significantly.The research results provide ex⁃perimental reference and basis for the evaluation of long-term stability under the coupling effects of acidcorrosion and cyclic loading and unloading in rock engineering. Keywords:repeated loading and unloading;aqueous chemical solution;granite0引言近些年来，由于工业化的迅速发展，引起环境污染等问题，酸雨等时有发生。
加、卸载条件下花岗岩损伤演化分析
加、卸载条件下花岗岩损伤演化分析戴兵;赵国彦;H.KONIETZKY;P.L.P.WASANTHA【期刊名称】《中南大学学报（英文版）》【年(卷),期】2018(025)005【摘要】原位岩石故障可能因纯载荷和/或卸载而导致压力变化导致。
在装载和卸载过程中对脆性岩石中损伤演化行为的理解是岩石结构设计的必要条件。
在本文中，我们研究了在不同限制压力下进行的一系列三轴实验后装载和卸载期间花岗岩岩石的损伤演化特性。
测试样品的轴向应力轴向应变变化显示，与样品相比，经历卸载的试样失效，与样品纯粹通过装载而失败。
观察到更高的限制压力以加剧差异。
体积应变与轴向应变曲线表示，曲线随着标本的主要损坏的开始而逆转趋势。
这里我们建议在这里建议一种新的等式形式，用于描述脆性岩石的脆性岩石的截线模量变化抵抗卸载过程的轴向应力。
测试样品的失效机制显示出两个不同的图案，即纯负载下的样品失效，并且单个不同的剪切断裂，而卸载案例标本显示多个交叉裂缝。
此外，在装载和卸载条件下，在样品变形过程中分析耗散和弹性能量的演变，显示了可微分的特性。
此外，我们评估了在变形期间的能量耗散和割割模量演化所定义的两个损坏指数的变化，并观察到它们都令人满意地区分损伤进化的关键阶段。
％在不知疲任下行三轴试验，研究花园在加载和卸载程中的损伤损伤化特殊。
通行分享着，轴轴应变变变表明，在轴向应变较低时，在轴向应变较时，试样卸荷破坏失效与加入条件越高度。
围压越高这种不成而明。
本文提出了一种新的描述脆性割割模模随轴向割模模表现出应制表现表现出出出出出2明显的剪切断裂，而卸载试样则表现出出相交的断裂。
户外，分享到在加入和卸载条件下，试样在变形程中的耗散和弹性能演的演的演演。
另外，根据损伤过程中的压差和驾驶量介质助剂介质演并到2种变的演气程都很很种演演都能很好地区伤都能。
【总页数】13页(P1213-1225)【作者】戴兵;赵国彦;H.KONIETZKY;P.L.P.WASANTHA【作者单位】【正文语种】中文因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
K0固结饱和软黏土的三轴应力路径试验研究
K0固结饱和软黏土的三轴应力路径试验研究李校兵;郭林;蔡袁强;胡秀青【摘要】利用GDS三轴仪对原状温州饱和软黏土进行5种应力路径下的K0固结三轴不排水试验，分析不同应力路径下土体的应力−应变关系、孔压发展及有效应力路径。
利用Skempton公式对常围压下应变与孔压的双曲线关系进行修正，建立不同应力路径下孔压与应变之间统一的表达式。
研究结果表明：在不同应力路径下，K0固结软黏土的应力−应变关系和孔压发展均表现出明显的区别。
由于不同总应力路径下饱和软黏土孔压的产生抵消了围压的变化值，使有效应力路径基本一致。
在本文采用的应力路径下，正常固结黏土p−q−e具有唯一性关系。
%Five types of stress path triaxial tests were conducted onK0-consolidated Wenzhou saturated soft clay under undrained conditions by GDS triaxial apparatus. The stress−strain relationship, pore water pressure evolution and effective stress path under different stress paths were discussed. Using Skempton theory, a unified formula between pore pressure and axial strain was established through modifying the hyperbolic relationship under constant confining pressure. The results show that the stress−strain relationship and pore water pressure evolution ofK0 consolidated soft clay are very different under different stress paths. Because the variation of confining pressure is offset by the generation of pore water pressure, the effective stress paths under different stress paths almost coincide, which validates the uniqueness of relationship ofp−q−e.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)005【总页数】6页(P1820-1825)【关键词】基坑开挖;K0固结;应力路径;孔压【作者】李校兵;郭林;蔡袁强;胡秀青【作者单位】浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室，浙江杭州，310027; 温州大学建筑工程学院，浙江温州，325035;温州大学建筑工程学院，浙江温州，325035;浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室，浙江杭州，310027; 温州大学建筑工程学院，浙江温州，325035;温州大学建筑工程学院，浙江温州，325035【正文语种】中文【中图分类】TU443工程中的土体单元在受到荷载作用时，应力状态会产生相应变化。
加卸载条件下原煤渗透率与有效应力的规律_尹光志_李文璞_李铭辉_李星_邓博知_蒋
基 质 收 缩 。 当 原 煤 受 到 开 采 扰 动 时 ，体 积 应 力 与 孔 隙
率 随 之 发 生 变 化 ，从 而 导 致 渗 透 率 与 有 效 应 力 系 数 均 发生动态变化。
考虑瓦斯吸附及瓦 斯 力 学 双 重 作 用，式 （２）中 煤
（１．Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｅ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｄｙｎａｍｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｒｅ－ ｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３０，Ｃｈｉｎａ；３．Ｓｔａｔｅ ａｎｄ Ｌｏｃａｌ Ｊｏｉｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｅｔｈａｎｅ Ｄｒａｉｎａｇｅ ｉｎ Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｃｏａｌ Ｇａｓ Ｓｅａｍ ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）
真三轴应力状态下含预制裂隙煤系泥岩强度与破坏特征
真三轴应力状态下含预制裂隙煤系泥岩强度与破坏特征李文帅;蒋邦友;李兆霖;王连国;杨旭旭【期刊名称】《Journal of Central South University》【年(卷),期】2024(31)1【摘要】对一系列含有预制缺陷的煤系泥岩试样进行了真三轴试验(TTT),即中间主应力(σ_(2))平行于预制缺陷的试样(TTT-Flaw-2)和最小主应力平行于预制缺陷的试样(σ_(3))(TTT-Flaw-3),研究σ_(2)加载方向和预制缺陷的位置对试样强度和破坏模式的影响。
结果表明,完整试样和含预制缺陷试样的峰值强度随σ_(2)的增加先增大后减小,符合Mogi-Coulomb准则。
在相同的应力条件下,完整试样的强度明显大于含预制缺陷试样的强度,且TTT-Flaw-2试样的强度最低。
CT扫描结果显示,在常规三轴试验条件下,含预制缺陷试样中的裂纹并不总是沿着预制缺陷尖端形成,而是随机分布在试样内部;在TTT-Flaw-2试样中,反翼型裂纹从预制缺陷尖端附近开始形成,最终主要分布在σ_(2)加载方向上;而在TTT-Flaw-3试样中,在σ_(2)加载方向上出现剪切裂纹,而在σ_(3)加载方向上几乎没有观察到反翼型裂纹。
【总页数】14页(P196-209)【作者】李文帅;蒋邦友;李兆霖;王连国;杨旭旭【作者单位】Shandong Key Laboratory of Civil Engineering Disaster Prevention and Mitigation University of Science and Technology 266590;College of Energy and Mining Engineering University of Science and Technology 266590;State Key Laboratory of Mining Response and Disaster Prevention and Control in Deep Coal Mines University of Scienceand Technology 232001;State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering University of Mining and Technology 221116【正文语种】中文【中图分类】TG1【相关文献】1.三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究2.真三轴状态下煤岩单体的强度变形特性及破坏模式研究3.含预制单裂隙花岗岩的真三轴单面临空岩爆试验研究4.大理岩真三轴卸载强度特征与破坏力学模式5.含2条断续贯通预制裂隙岩样破坏特性的三轴压缩试验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
低应变率冲击荷载下节理花岗岩的动力响应规律
低应变率冲击荷载下节理花岗岩的动力响应规律
王智德;司莹莹;李杰;钱梦凡;安佳兴
【期刊名称】《岩土力学》
【年(卷),期】2024(45)6
【摘要】岩体中节理面的存在是引起冲击应力波衰减的主要原因,会造成爆炸能量的衰减及降低爆破效果。
为探讨低应变率下不同节理倾角花岗岩在冲击荷载作用下的动态力学性质、应力波传递规律和能量传递规律,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)试验装置对低应变率下3种不同冲击气压、4种不同倾角的节理花岗岩进行冲击试验。
结果表明:(1)在含节理的岩样中,其峰值应力随节理倾角的增大呈下降趋势,随冲击荷载的增大呈上升趋势;(2)透射系数随节理倾角的增加先增大后减小,随冲击荷载的增大先减小后增大;(3)能量传递系数随节理倾角的增加先增高后降低,完整岩样、节理倾角θ=0º和45º的岩样,其能量传递系数都随着冲击荷载的增大而减小,而节理倾角θ=15º和30º的岩样,其能量传递系数随着冲击荷载的增大先减小后增大。
【总页数】9页(P1755-1762)
【作者】王智德;司莹莹;李杰;钱梦凡;安佳兴
【作者单位】武汉理工大学土木工程与建筑学院;武汉市勘察设计有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU456
【相关文献】
1.复合圆柱形壳在径向冲击荷载和轴压荷载作用下的瞬时动力响应
2.循环荷载下节理岩体边坡动力响应的试验研究
3.冲击荷载下裂隙砂岩动力响应及能耗规律研究
4.冲击荷载下充填节理花岗岩动力特性试验研究
5.动-静组合荷载下非贯通节理花岗岩动态响应研究
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应力–渗流耦合下深部花岗岩力学行为及破坏特征
应力–渗流耦合下深部花岗岩力学行为及破坏特征
张超;杜翠凤;宋卫东;付建新
【期刊名称】《工程科学学报》
【年(卷),期】2024(46)4
【摘要】在矿山深部开采过程中,高应力与高水压耦合作用导致岩石的力学特性演化机理更加复杂.为分析深部复杂条件下花岗岩的力学行为及破坏特征,利用低场核磁共振核技术(NMR)进行花岗岩初始孔隙率测量,借助岩石高温三轴流变系统开展应力–渗流耦合试验,引入耗能比实现花岗岩破坏过程的能量演化分析.研究结果表明:岩石的峰值强度、峰值应变随孔隙水压的增大呈线性减小且减小速率逐渐提升,随围压的增大呈线性增加且增大速率逐渐变缓;峰值渗透率随着孔隙水压的增大呈线性增大,随围压的增大呈线性减小;岩石破坏应变能表现出明显的围压效应和孔隙水压效应,峰值应力点为弹性能极值点,峰值点之后弹性能迅速转化为岩石损伤的耗散能,岩石耗能比整体呈现增大→减小→增加的“S”型变化规律;引入花岗岩初始孔隙率,将岩石视为固体骨架和孔隙两部分组成,综合考虑变形特征并构建应力–渗流耦合本构模型,与试验对比后认为该模型具有较高普适性.
【总页数】14页(P600-613)
【作者】张超;杜翠凤;宋卫东;付建新
【作者单位】北京科技大学土木与资源工程学院;金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TU45
【相关文献】
1.基于渗流-损伤-应力耦合作用下考虑力学参数弱化的巷道围岩变形破坏分析
2.正应力作用下北山花岗岩单裂隙几何特征对辐射流渗流行为的影响研究
3.高应力-渗流耦合下深部砂岩的力学行为
4.渗流应力耦合下含裂缝页岩力学特性和破坏模式研究
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花岗岩冲击剪切力学行为的试验及数值模拟研究
花岗岩冲击剪切力学行为的试验及数值模拟研究袁伟;李建春;李星【期刊名称】《岩土力学》【年(卷),期】2024(45)6【摘要】为探究动态剪切荷载作用下岩石的力学特性,采用冲击直剪方法,对立方体花岗岩试样进行了不同正应力和冲击速度条件下的动态剪切试验。
分析了花岗岩的冲击剪切变形演化过程,讨论了正应力和冲击速度对花岗岩剪切变形和破坏模式的影响。
然后,采用颗粒流程序模拟了花岗岩的冲击直剪试验,从细观角度探讨了花岗岩剪切变形破坏的演化机制。
结果表明,冲击剪切荷载作用下,试样剪切变形过程中正应力持续变化,剪应力峰值对应的正应力可达到初始值的数倍。
得到了回弹型和断裂型两类剪应力−剪切位移曲线,随着初始正应力的增大,峰值剪应力增大,峰值剪切位移和最大剪切位移减小;随着冲击速度的增大,峰值剪应力和最大剪切位移均增大。
花岗岩的断裂包含主断裂面和多条翼裂纹,随正应力和冲击速度的增大,花岗岩的轮廓由起伏变得平直,断裂面由粗糙变得平坦,这与断裂后的摩擦滑移有关。
花岗岩试样的起裂源于内部,并沿剪切方向扩展至试样边界,起裂方向与剪切面的夹角与接触力集中区的倾角一致。
该研究可为岩石的动态剪切力学参数测试提供新的方法参考,也有助于揭示岩石冲击剪切断裂的动力诱灾机制。
【总页数】11页(P1675-1685)【作者】袁伟;李建春;李星【作者单位】东南大学土木工程学院;东南大学未来地下空间研究院【正文语种】中文【中图分类】TU458【相关文献】1.混凝土冲击拉伸力学性能及裂纹扩展试验研究和数值模拟2.低速冲击条件下剪切增稠液力学特性的试验和数值仿真研究3.类岩堆体剪切力学特性试验及数值模拟研究4.高应变率下花岗岩动态力学性能试验及数值模拟研究5.高温后花岗岩循环加卸载力学行为数值模拟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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1
引
言
设计以及稳定性分析提供理论参考。
随着深部资源开采和深部工程建设项目的增 多，深部高应力岩石的板裂破坏、岩爆等灾害现象 发生频率越来越高[1]。岩体工程的开挖其本质就是 岩体的卸荷过程 ，岩体在卸荷条件下的力学特性 与加载条件下有着本质的区别
[3-5] [2]
2
试验方案
2.1 试验条件 试验是在中南大学力学实验中心 MTS815 型电 液伺服岩石力学试验机上完成的，试验设备如图 1 所示。该试验机是美国 MTS 公司生产专门用于岩 石试验的多功能电液伺服刚性压力装置，其配有伺 服控制的全自动三轴加卸载测试系统，最大轴向加 载能力为 2 600 kN，围压可加至 140 MPa，可测量 试样的轴向和环向应变。
第 35 卷
增2
李地元等：不同应力路径下花岗岩三轴加卸载力学响应及其破坏特征
• 3451 •
为获得花岗岩常规三轴压缩强度、变形参数以 及破坏特征，并为卸荷试验提供参考，本试验设计 了不同围压水平下的常规三轴压缩试验，其围压设 计水平分别为 10，20，40，60 MPa，试验加载方式 为位移加载，加载速率为 0.15 mm/min。 方案 II：恒轴压卸围压试验 模拟深部高陡边坡开挖时边坡岩体切向应力 不变、径向应力降低的应力调整过程以及相应的卸 荷方式，各岩样初始应力水平、卸荷速率见表 1。 试验步骤为：(1) 按静水压力条件施加 2 3 到预 定值，预定值分为 10，20，40，60 MPa；(2) 加轴 压 1 至预定值后，保持 1 恒定； (3) 逐渐以 0.2 MPa/s 的速率卸载围压 3 ，直至试样破坏。 方案 III：加轴压卸围压试验 模拟深部隧道或深部硐室开挖卸荷过程中硐 室周边围岩切向应力增加、径向应力降低的应力调 整过程及其相应卸荷方式，各岩样初始应力水平、 卸荷速率见表 1。 试验步骤为： (1) 按静水压力条件 施加 2 3 到预定值，预定值为 10，20，40，60 MPa ；(2) 加轴压 1 至预定初始应力水平；(3) 以 0.2 MPa/s 的速率卸围压 3 的同时，以 0.4 MPa/s 速 率增加轴压 1 ，直至试样破坏。
收稿日期：2016–07–08；修回日期：2016–11–21 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51474250)；国家重点研发计划 (2016YFC0600706)；教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET–13–0588) Supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant No. 51474250)，State Key Research Development Program of China(Grant No. 2016YFC0600706) and Program for New Century Excellent Talents in University(Grant No. NCET–13–0588) 作者简介：李地元(1981–)，男，博士，2003 年毕业于中南大学土木工程专业，现任副教授，主要从事岩石力学和深部硬岩工程方面的教学和研究工 作。E-mail：diyuan.li@ DOI：10.13722/ki.jrme.2016.0815
轴向引伸计
。
近年来，随着岩石力学的发展以及工程建设的 需要，关于岩石卸荷力学性质的研究也取得了一定 的进展，如尤明庆和华安增 对岩石三轴压缩与卸 围压进行了研究；刘立鹏等 对大理岩复杂加卸载 应力路径破坏机制进行了分析；赵国彦等 对卸荷 条件下岩石变形参数与围压的关系进行了研究；胡 建华等[9]对卸荷过程中岩体强度参数变化进行了分 析；黄 伟等[10]研究了高围压卸荷下岩石的扩容性 质；张黎明等 [11] 对岩石的初始围压效应进行了研 究；邱士利等[12-13]研究了卸荷速率对岩石力学性质 的影响；李地元等[14]对岩石卸围压时 Mohr-Coulomb 强度准则与 Mogi-Coulomb 强度准则的适用性进行 了分析；吕颖慧等[15]对不同应力路径下岩石强度参 数变化进行了对比分析。上述成果丰富了岩石卸荷 力学特性的研究，但还缺乏对岩石卸荷破坏起主要 作用的环向变形及其扩容变化规律进行系统分析， 没有考虑实时卸荷围压效应[16]；没有综合考虑卸荷 初始围压与围压卸荷程度对岩石变形参数的影响； 也缺少对不同应力路径下岩石强度参数与强度准则 的对比分析。 本文以花岗岩为研究对象，开展了 3 种不同应 力路径下的三轴压缩试验，得到了不同应力路径下 岩石的应力–应变曲线，研究了其破坏特征、变形 特征以及强度特征，揭示了高应力下岩石加卸荷破
第 35 卷 增 2 2016 年 10 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.35 Supp.2 Oct.，2016
不同应力路径下花岗岩三轴加卸载力学 响应及其破坏特征
李地元，孙 志，李夕兵，谢
• 3450 •
岩石力学与工程学报
2016 年
Loading axial pressure-unloading confining pressure tests have a more remarkable influence on deformation parameters than those of fixing axial pressure-unloading confining pressure tests. (3) Mogi-Coulomb criterion reflects the characteristics of the rock unloading failure strength more reasonable than Mohr-Coulomb criterion under high stress unloading tests. Compared with conventional triaxial test，the value of cohesion c decreases about 24.21% and internal friction angle increases about 16.71% in fixing axial pressure-unloading confining pressure tests， while the value of cohesion c increases about 10.25% and internal friction angle decreases about 6.44% in loading axial pressure-unloading confining pressure tests. It means that the internal friction angles is the key factor to control the failure of granite under fixing axial pressure-unloading confining pressure tests，and the cohesion is the key factor to control the failure of granite under loading axial pressure-unloading confining pressure tests. Key words：rock mechanics；stress paths；triaxial loading and unloading test；failure；deformation；unloading ratio；strength criterion 坏的力学特性，为深部高应力岩体工程开挖、支护
LI Diyuan，SUN Zhi，LI Xibing，XIE Tao
(School of Resources and Safety Engineering，Central South University，Changsha，Hunan 410083，China)
Abstract：By carrying out triaxial loading and unloading tests for granite under different stress paths，the stress-strain curves of granite under different loading and unloading paths are obtained ， and the failure characteristics， deformation characteristics and strength characteristics are analyzed. The results show that： (1) The relationship among lateral strain，volumetric strain and confining pressure is linear in the initial stage，and then is nonlinear obviously in the total stage of unloading confining pressure. The axial deformation of rock is not obvious，and the main deformation shows increasing of lateral strain. Volumetric dilatation and brittle failure of rock are observed apparently. (2) The deformation modulus decreases with the increasing of unloading ratio while the Poisson ratio rises up for unloading confining pressure tests. The degradation of deformation parameters cannot be observed obviously in the early unloading process，and then it changes in an exponential function.