岩石卸荷破坏特征与岩爆效应
卸荷岩体的变形破裂特征
第22卷 第12期岩石力学与工程学报 22(12)：2028～20312003年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec ，20032001年11月20日收到初稿，2002年3月25日收到修改稿。
* 国家自然科学青年基金项目(49602040)及国家电力公司九五攻关项目(SPKJ006-02-04)资助。
作者 沈军辉 简介：男，37岁，1988年本科毕业于成都地质学院，2000年于成都理工大学地质工程专业获博士学位，2003年1月东南大学土木工程博士后工作站出站，现任副教授，主要从事水利水电工程地质、岩土工程、地下工程、地质灾害的勘察与防治等方面的工作。
E-mail ：jhshen2001@ 。
卸荷岩体的变形破裂特征*沈军辉1王兰生1王青海1徐 进2 蒋永生3 孙宝俊3(1成都理工大学环境与土木工程学院 成都 610059) (2四川大学水利水电工程学院 成都 610064) (3东南大学土木工程学院 南京 210096)摘要 在岩石试件卸荷试验的基础上，结合大型开挖工程，研究了岩体在卸荷状态下的变形破裂特征。
研究表明，岩石在卸荷状态下的变形表现为沿卸荷方向的强烈扩容，其破裂以张性破裂为特征，并存有张剪性和剪性破裂；卸荷岩体除具有上述变形破裂特征外，其变形破裂程度及方式受岩体结构的控制，比岩石更易发生变形与破坏，特别是其破裂体系，很大程度上受岩体结构的控制。
关键词 岩石力学，卸荷岩体，卸荷试验，变形破裂特征分类号 文献标识码 A 文章编号 1000-6915(2003)12-2028-04DEFORMATION AND FRACTURE FEATURESOF UNLOADED ROCK MASSShen Junhui 1，Wang Langsheng 1，Wang Qinghai 1，Xu Jin 2，Jiang Yongsheng 3，Sun Baojun 3(1College of Environment and Civil Engineering ，Chengdu University of Technology ， Chengdu 610059 China )(2School of Hydraulics and Electric Power ，Sichuan University ， Chengdu 610064 China )(3Civil Engineering College ，Southeast University ， Nanjing 210096 China )Abstract On the basis of unloading tests of rock sample ，the deformation and fracture features of unloaded rock mass are studied in conjunction with fracture systems of some large excavation project. Research shows that the deformation of unloaded rock is of intense dilatancy in unloading direction ，the fracture is characterized by tensile one ，and there are tensile-shear fractures and shear fractures. The deformation and fracture feature of unloaded rock mass is dominated by the rock mass structure ，and deformation and failure in unloaded rock is prone to take place compared with those in rock. Especially ，the fracture system ，is controlled by the rock mass structure. Key words rock mechanics ，unloaded rock mass ，unloading tests ，deformation and fracture feature1 前 言开展岩体卸荷破坏机制的研究，不但对于揭示卸荷岩体的力学行为及其破坏的力学机理、完善和发展岩体力学理论、研究人类工程活动诱发的地质灾害机理等方面均具十分重要的理论意义，而且对于岩体工程实践也具有重大的经济效益和很高的实用价值。
深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式
深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随着我国煤炭资源的逐渐枯竭，深部开采已成为一种重要的采煤方式。
而原生煤岩组合体在深部开采中的围压卸荷致裂特征及破裂模式是一个重要的研究方向。
本文将针对这一问题展开探讨。
围压卸荷是指在岩石或矿体中施加一定的围压载荷，当载荷被去除或减小时，岩石或矿体将发生裂隙扩展或破坏的现象。
在深部开采过程中，由于采空区的存在以及地表载荷的作用，原生煤岩组合体存在着一定的围压状态。
当深部开采进行时，岩体的围压状态将发生变化，卸荷现象也将随之出现。
围压卸荷过程中，岩体的裂隙扩展与破坏将对采煤工作面的稳定性和安全性产生影响。
深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征主要表现在以下几个方面。
首先是裂隙扩展的特征。
围压卸荷过程中，岩体裂隙将发生扩展，从而导致岩体的破坏。
这种裂隙扩展具有一定的规律性，可以通过实验及数值模拟等手段进行研究。
其次是破裂的模式。
深部开采原生煤岩组合体在围压卸荷过程中可能出现不同的破裂模式，如剪切破裂、张裂等。
不同的破裂模式对采煤工作面的稳定性有着不同的影响，因此研究破裂模式对于提高采煤效率和保障采煤安全具有重要意义。
针对深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式，可以通过一系列实验研究和数值模拟来进行分析。
通过实验可对不同围压状态下的煤岩组合体进行力学性质的测定，从而了解围压卸荷过程中岩体的裂隙扩展特征及破裂模式。
通过数值模拟可以模拟不同围压状态下岩体的变形与破坏过程，进一步深入研究围压卸荷致裂特征及破裂模式。
深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式是一个复杂而重要的问题。
通过深入研究这一问题，可以为深部开采中的安全生产提供理论支撑和技术指导，为煤炭资源的高效开采和利用做出贡献。
【字数达到要求】第二篇示例：一、引言深部开采原生煤岩组合体是一种具有复杂物理力学性质的多相介质，其围压卸荷现象对工程开采产生重要影响。
深埋硬岩隧道卸荷热力效应及岩爆趋势分析
摘要：在高地应力和高地温的联合作用下，深埋高地温隧道围岩的变形破坏机制将更加复杂。开展不同温度环境 下花岗岩加卸载三轴试验，详细分析试样的应力–应变全过程曲线、力学参数变化特征和宏观破坏类型等随温度 的变化规律。试验表明：存在 60 ℃～100 ℃的温度门槛值，当温度未超过此范围门槛值时，随着温度的增加，岩 石峰后变形由延性向脆性转换，温度增强了硬岩的脆性破坏；当温度升高时，主要表现为剪切破坏，出现贯穿试 件的剪切破坏。在试验基础之上，开展基于有限差分的热–力耦合分析，利用脆性力学模型和能量指标分析隧道 的温度作用效应，进行不同地温下隧道开挖后的力学响应，定量对比不同地温条件下隧道塑性区、应力和能量指 标，计算结果表明，隧道地温增加将使岩体岩爆烈度增加。计算结果与试验数据相一致，深埋硬岩隧道卸荷的热–力 耦合研究对于深埋高地温隧道的设计和施工具有指导意义。 关键词：隧道工程；高地温；岩爆；三轴试验；热–力耦合分析 中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2013)08–1554–10
目前，高地温环境下的深埋隧道岩石力学问题， 已成为岩石力学的热点之一。我国西南地区地质构 造复杂、新构造运动和地热环境活跃，兴建的大量 铁路、公路深埋隧道将经受高地温环境的困扰。深 埋硬岩隧道还将经受高应力作用下的岩爆灾害。拟 建的泛亚铁路网重点工程云南大理—瑞丽铁路线全 长 34.5 km，将穿越地热环境活跃的高黎贡山，隧 道选线最大主应力为 15～28 MPa，最高温度高达 50 ℃，因此，高黎贡山隧道属高地应力、高地热隧 道，隧道将遇到岩爆、高地温及等温度–应力耦合 作用的困扰。因此，需要深入研究高应力、高地温 环境下的深埋硬岩隧道岩石力学行为。 温度对岩石的作用效应概括为两方面：一是 温度对基本力学参数的作用影响；二是温度作用引 起的破坏形式改变。如：许锡昌和刘泉声[1]研究了 20 ℃～600 ℃的花岗岩在单轴压缩下的主要力学 参数随温度的变化规律，提出 75 ℃，200 ℃分别 是力学参数的门槛值；L.Y. Zhang 等[2]探讨了从室 温至 800 ℃下 3 种硬岩的峰值强度、峰值应变和弹 性模量的变化规律；J. S. O. Lau 和 R. Jackson[3]研究 了较低围压下花岗岩的弹性模量、泊松比、抗压强度 随温度的变化规律；吴 刚等[4]研究了常温～800 ℃ 温度作用下，大理岩的应力–应变全过程等随温度 的变化情况。 在温度对岩石破坏形式改变方面：Q. X. Lin 等[5] 通过声发射监测了花岗岩强度随时间的降低规律和 微观破坏机制。 李建林等[6]通过三轴卸荷试验认为， 高温烘烤后岩样的抗拉强度出现了明显降低。张志 镇等[7]在实时高温对花岗岩进行单轴压缩和断口电 镜扫描试验，并指出高温后岩样冲击倾向性减弱， 破坏机制呈现脆性向延性转变的趋势。李鹏举等[8-9] 通过 25 ℃～1 300 ℃的温度试验证明温度的升高 使硬岩从脆性向延性转化。 在热–力计算分析方面：S. Y. Li 等[10]根据温 度对岩土的损伤试验，基于 Mohr-Coulomb 准则提 出了岩土材料的统计损伤本构模型。陈益峰等[11]基 于均匀化方法给出低孔隙率脆性岩石在热–力耦合 荷载作用条件下的各向异性损伤模型和有效热传导 特性模型。J. C. Andersson 和 C. D. Martin[12]与 H. X. Lan 等
卸载速率对花岗岩应变岩爆破坏及碎屑形貌特征的影响
第 54 卷第 6 期2023 年 6 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.6Jun. 2023卸载速率对花岗岩应变岩爆破坏及碎屑形貌特征的影响李春晓1, 2，李德建1, 2，刘校麟1, 2，祁浩1, 2，王德臣1, 2(1. 中国矿业大学(北京) 深部岩土力学与地下工程国家重点实验室，北京，100083；2. 中国矿业大学(北京) 力学与建筑工程学院，北京，100083)摘要：为研究深部工程开采过程中开挖速率对岩爆破坏特征的影响，首先，利用自主研发的真三轴应变岩爆实验系统，开展不同卸载速率下的花岗岩应变岩爆实验，借助动态高速应力监测系统和双目高速摄影系统监测试样岩爆过程；其次，分析了卸载速率对试样的岩爆破坏峰值强度、岩爆破坏过程、试样破坏形态以及碎屑块度特征的影响；再次，利用三维激光扫描系统建立了中粗粒碎屑的三维数字模型，分析碎屑三维形貌的几何及表面幅度特征参数；最后，基于分形理论和立方体覆盖法，定量研究了不同卸载速率对岩爆碎屑表面形貌的影响。
研究结果表明：随着卸载速率提高，试样岩爆时的峰值强度和破坏烈度增大，岩爆碎屑的破碎程度降低，岩爆破坏模式由张拉型破坏过渡到剪切型破坏。
在高卸载速率的影响下，试样内部裂纹未充分发育和扩展，容易形成几何形态规则的岩爆碎屑，并且碎屑表面形貌的复杂程度降低。
岩爆碎屑表面形貌具有明显的分形特征，卸载速率越大，碎屑表面形貌的分形维数越小。
关键词：应变岩爆；卸载速率；破坏特征；碎屑形貌；三维激光扫描；分形中图分类号：TU45 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2023）06-2298-14Effect of unloading rates on characteristics of damage andfragment morphology for strainburst of graniteLI Chunxiao 1, 2, LI Dejian 1, 2, LIU Xiaolin 1, 2, QI Hao 1, 2, WANG Dechen 1, 2(1. State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, China University of Mining andTechnology(Beijing), Beijing 100083, China;2. School of Mechanic and Civil Engineering, China University of Mining and Technology(Beijing),Beijing 100083, China)收稿日期： 2022 −08 −10； 修回日期： 2022 −11 −03基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(41572334)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(2022YJSSB05)；深部岩土力学与地下工程国家重点实验室(北京)创新基金资助(SKLGDUEK202222) (Project(41572334) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(2022YJSSB05) supported by the Fundamental Research Funds for the Central Universities; Project(SKLGDUEK202222) supported by the Innovation Foundation of State Key Laboratory for Geomechanics and Deep Underground Engineering, Beijing)通信作者：李德建，博士，教授，从事深部岩体力学与工程灾害控制研究；E-mail ：****************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.06.019引用格式： 李春晓, 李德建, 刘校麟, 等. 卸载速率对花岗岩应变岩爆破坏及碎屑形貌特征的影响[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(6): 2298−2311.Citation: LI Chunxiao, LI Dejian, LIU Xiaolin, et al. Effect of unloading rates on characteristics of damage and fragment morphology for strainburst of granite[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(6): 2298−2311.第 6 期李春晓，等：卸载速率对花岗岩应变岩爆破坏及碎屑形貌特征的影响Abstract:To study the effect of excavation speed on rock burst damage characteristic during the mining process of deep engineering, firstly, a series of strainburst experiments under different unloading rates were conducted on granite by using the self-developed true triaxial strainburst experimental system. The rock burst process of specimen was monitored with the dynamic high-speed stress monitoring system and binocular high-speed photography system. Secondly, the influence of unloading rate on peak strength of rock burst damage, rock burst damage process, damage morphology and fragmentation characteristic of specimen were analyzed. Thirdly, the three-dimensional digital model of medium-coarse grained fragment was established by using the three-dimensional laser scanning system, and the characteristic parameters of geometry and surface amplitude for three-dimensional morphology of fragment were studied. Finally, based on fractal theory and cube-covering method, the influence of unloading rate on surface morphology complexity of rock burst fragment was quantitatively studied.The results show that with the increase of unloading rate, the peak strength and damage intensity of specimen during rock burst increase, and the degree of fragmentation of rock burst fragments decreases, meanwhile the damage mode of rock burst transforms from tensile damage to shear damage. The cracks within the specimen are not sufficiently developed and penetrated under the influence of high unloading rate, which will make the geometrical morphology more regular and reduce the complexity of surface morphology of fragment. The surface morphology of rock burst fragment also exhibits distinct fractal characteristic. The higher the unloading rate is, the smaller the fractal dimension of surface morphology of rock burst fragment is.Key words: strainburst; unloading rate; damage characteristic; fragment morphology; three-dimensional laser scanning; fractal岩爆是能量岩体沿开挖临空面瞬间释放能量的非线性动力学现象[1]。
卸荷条件下岩石破坏宏细观机理与地下工程设计计算方法研究
卸荷条件下岩石破坏宏细观机理与地下工程设计计算方法研究一、本文概述本文旨在深入探讨卸荷条件下岩石破坏的宏细观机理，并针对地下工程设计计算方法进行研究。
我们将首先概述卸荷条件下岩石破坏的基本概念，然后分析岩石破坏的宏细观机理，包括岩石的力学特性、破坏模式以及破坏过程中的微观结构变化。
接着，我们将重点研究地下工程设计计算方法，结合卸荷条件下岩石破坏的宏细观机理，提出更为准确、可靠的设计计算方法。
本文的研究将为地下工程的设计、施工和安全管理提供重要的理论依据和实践指导。
通过对卸荷条件下岩石破坏的宏细观机理进行深入剖析，我们可以更好地理解岩石在卸荷过程中的力学行为和破坏机制，为地下工程的设计提供更为精确的理论基础。
结合地下工程设计的实际需求，我们可以进一步优化设计计算方法，提高地下工程的安全性和稳定性。
本文的研究具有重要的理论意义和实践价值。
一方面，它将丰富和完善岩石力学和地下工程设计的理论体系；另一方面，它将为地下工程的设计、施工和安全管理提供更为有效的技术支持和方法指导。
我们相信，随着研究的深入和技术的进步，地下工程的设计计算方法将更加成熟、完善，为地下空间的开发利用提供更为可靠的技术保障。
二、卸荷条件下岩石破坏的宏观机理卸荷条件是指岩石体在受到外部荷载作用后，随着荷载的逐渐减小或消除，岩石体内部应力状态发生变化，进而引发岩石破坏的过程。
在卸荷条件下，岩石破坏的宏观机理主要表现为应力重分布、损伤累积和破坏模式转变等方面。
卸荷条件下岩石内部的应力状态会发生变化。
在荷载作用下，岩石体内部产生压应力，随着荷载的减小或消除，压应力逐渐转化为拉应力或剪应力。
这种应力状态的变化会导致岩石体内部的微裂缝扩展和连通，进而形成宏观裂缝，最终导致岩石破坏。
卸荷条件下岩石损伤会不断累积。
在卸荷过程中，岩石体内部的微裂缝不断扩展和连通，导致岩石的完整性受到破坏，损伤不断累积。
随着损伤的累积，岩石体的力学性质发生变化，如弹性模量降低、强度减弱等，进而加速了岩石的破坏过程。
《瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的数值研究》范文
《瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的数值研究》篇一一、引言岩体工程中的瞬时卸荷破坏是岩体力学研究领域中的重要课题，对于工程建设和地质灾害预防具有重要意义。
本文旨在通过数值模拟方法，对瞬时卸荷岩体破坏特征及机理进行深入研究，以期为实际工程提供理论依据和指导。
二、研究背景与意义随着社会经济的快速发展，人类对自然资源的开发利用日益加剧，岩体工程中的瞬时卸荷问题愈发突出。
瞬时卸荷破坏往往导致岩体失稳、滑坡、崩塌等地质灾害，给人类生命财产安全带来巨大威胁。
因此，对瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的深入研究，有助于揭示岩体破坏的内在规律，为岩体工程的设计、施工及灾害预防提供理论依据。
三、研究方法与模型本文采用数值模拟方法，结合岩体工程实际情况，建立瞬时卸荷岩体破坏的数值模型。
具体方法如下：1. 确定研究区域，收集地质资料，包括岩体物理力学参数、地质构造、地下水情况等。
2. 建立三维有限元模型，考虑岩体的非均质性和各向异性。
3. 设定瞬时卸荷条件，模拟岩体在瞬时卸荷过程中的应力变化和变形过程。
4. 采用合适的本构模型和强度准则，分析岩体的破坏特征及机理。
四、数值模拟结果与分析1. 破坏特征通过数值模拟，发现瞬时卸荷岩体破坏具有以下特征：（1）应力重分布：瞬时卸荷后，岩体内应力重新分布，产生局部应力集中现象。
（2）变形发展：随着应力的变化，岩体发生变形，变形量随时间逐渐增大。
（3）破坏模式：岩体破坏模式多样，包括剪切破坏、拉伸破坏等。
（4）裂隙扩展：裂隙在应力作用下扩展、贯通，导致岩体失稳破坏。
2. 破坏机理瞬时卸荷岩体破坏的机理主要包括以下几个方面：（1）应力集中：由于瞬时卸荷，岩体内产生局部应力集中现象，导致岩石强度降低。
（2）材料非线性：岩体的物理力学性质具有非线性特征，破坏过程中表现出明显的非线性行为。
（3）裂隙扩展：裂隙的扩展和贯通是岩体破坏的关键过程，对岩体的稳定性和强度产生重要影响。
（4）边界条件：边界条件对岩体的破坏具有重要影响，如地下水活动、地质构造等。
《瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的数值研究》范文
《瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的数值研究》篇一一、引言岩体破坏是地质工程中常见且具有重大影响的现象，尤其是在采矿、隧道开挖、边坡稳定等工程实践中。
瞬时卸荷作为岩体破坏的一种特殊形式，其破坏特征及机理的深入研究对于提高工程安全性和稳定性具有重要意义。
本文将通过数值模拟的方法，对瞬时卸荷岩体破坏特征及机理进行系统研究，以期为相关工程实践提供理论依据和指导。
二、研究背景及意义随着工程建设规模的扩大和复杂程度的提高，岩体破坏问题日益突出。
瞬时卸荷岩体破坏作为岩体力学领域的重要研究方向，其研究不仅有助于揭示岩体破坏的内在机制，而且对于提高工程安全性和稳定性具有重要意义。
通过对瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的深入研究，可以更好地预测和评估工程中可能出现的岩体破坏风险，为工程设计和施工提供科学依据。
三、研究方法及模型本研究采用数值模拟的方法，通过建立三维有限元模型，对瞬时卸荷岩体破坏特征及机理进行系统研究。
模型中考虑了岩体的非均质性和各向异性，以及瞬时卸荷过程中应力、应变的分布和演化规律。
同时，通过引入合理的本构模型和边界条件，模拟了岩体在瞬时卸荷条件下的破坏过程。
四、瞬时卸荷岩体破坏特征1. 破坏形态：瞬时卸荷岩体破坏形态主要表现为剪切滑移、拉伸开裂等形式。
在破坏过程中，岩体内部出现大量微裂纹和宏观裂缝，随着卸荷过程的进行，裂缝逐渐扩展、贯通，最终导致岩体破坏。
2. 应力应变特征：瞬时卸荷过程中，岩体应力逐渐增大，达到一定阈值后发生突变，形成应力峰后阶段。
在这一阶段中，岩体应变迅速增大，出现明显软化现象。
随着软化的进行，岩体逐渐失去承载能力，最终发生破坏。
3. 能量演化特征：在瞬时卸荷过程中，岩体内部能量不断积累和释放。
随着破坏的进行，能量释放速率逐渐增大，达到峰值后迅速降低。
能量演化特征与岩体破坏过程密切相关，可为岩体破坏预测和评估提供重要依据。
五、瞬时卸荷岩体破坏机理根据数值模拟结果，瞬时卸荷岩体破坏机理主要涉及以下几个方面：1. 微裂纹扩展与宏观裂缝形成：在瞬时卸荷过程中，岩体内部微裂纹逐渐扩展、贯通，形成宏观裂缝。
围压卸荷诱发岩石破坏机理研究
围压卸荷诱发岩石破坏机理研究
岩爆作为一种机理十分复杂及其影响因素的千变万化的自然灾害,由于其复杂性,给传统的岩爆分析和施工设计带来了极大的困难。
但岩爆作为一种失稳破坏现象,尽管其发生过程短暂,但仍然经历了
孕育、发生和发展这一岩石破裂所具有的共同特征。
因此,研究岩爆的发生过程将为岩爆预测、预报提供理论依据。
卸荷岩爆研究从提出至今尽管经历的时间不长,但是在国内外岩石力学界也引起了广泛的关注。
经过现场观测和研究发现,在岩质边坡和质地较硬的岩体中,
卸荷将引起临空面附近岩石内部应力重新分布、造成局部应力集中效应,并且在卸荷回弹变形过程中,还会因差异回弹而在岩体中形成一
个被约束的残余应力体系。
过去对岩爆的岩石力学试验研究一般都采用加荷试验的方式,这与岩爆发生时的应力过程是不吻合的,只有采
用卸荷试验方式才符合实际。
本论文的的主要工作如下: 1.对同一物理参数矿柱模型在三种不同围压卸荷状态下的破坏过程进行数
值试验研究。
主要包括一次围压卸荷和逐步围压卸荷,并与常围压下矿柱模型进行比较。
从矿柱模型的破坏模式特点、应力应变曲线或者应力加载步曲线的变化特征,分析卸荷作用对矿柱破坏的影响。
2.在不同轴向应力条件下,对同一物理参数岩体模型实施开挖,形成具
有不同内部应力环境的模拟巷道。
观察由于开挖卸荷作用对在具有不同内部应力的岩体中所形成的模型巷道变形破坏形式的影响。
并从破坏模式、巷道周边应力变化和岩体内部应力变化特征方面分析开挖卸荷作用对巷道破坏的影响机理。
深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式
深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随着煤炭资源的逐渐枯竭，深部煤矿开采已成为当前矿业发展的主要趋势之一。
深部开采过程中，原生煤岩组合体围压卸荷致裂问题频发，给矿山生产带来了一定的风险和挑战。
为了有效地预防和控制围压卸荷致裂，需要深入研究其特征及破裂模式。
围压卸荷致裂是指在深部开采中，由于煤层及其围岩物质在地质作用下发生变形而形成的卸荷应力集中区域，在外界荷载作用下可能会引发破裂破坏。
围压卸荷致裂主要包括原生煤岩组合体中的岩层滑移、裂隙扩展、煤岩分层破碎等现象。
其特征主要表现为围压卸荷致裂区域周围的围岩变形加剧，局部破裂带逐渐扩展，岩层间的应力集中明显增大。
围压卸荷致裂的破裂模式主要有三种：拉张破裂、压密破裂和错动破裂。
拉张破裂是指在原生煤岩组合体受到拉伸荷载作用下，形成的断裂带；压密破裂是指在原生煤岩组合体受到压缩荷载作用下，形成的密实破碎带；错动破裂是指在原生煤岩组合体受到剪切荷载作用下，形成的错动破裂带。
不同的破裂模式会对围压卸荷致裂的影响和演化产生不同的影响。
针对围压卸荷致裂特征及破裂模式，需要采取一系列的预防和控制措施。
要加强对矿山围岩稳定性的监测和评价，及时发现围压卸荷致裂迹象，采取相应的加固措施。
要优化煤矿的开采方案，尽量减少围压卸荷致裂的可能性。
要加强技术研究和人员培训，提高矿山作业人员的安全意识和应急处理能力。
深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂是一项复杂而重要的问题。
通过深入研究其特征及破裂模式，并采取相应的预防和控制措施，可以有效减少围压卸荷致裂带来的危害，确保矿山生产的安全和稳定。
希望未来能有更多的研究成果加强对围压卸荷致裂的认识，为矿山安全生产做出积极的贡献。
第二篇示例：概要：深部开采原生煤岩组合体是一种具有复杂构造和力学性质的地质体，其围压卸荷过程中容易发生裂隙扩展和破裂。
本文通过对深部开采原生煤岩组合体围压卸荷致裂特征及破裂模式进行研究，旨在探讨其力学性质和开采安全问题，为地下煤矿开采提供参考。
《瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的数值研究》
《瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的数值研究》篇一一、引言在地质工程和岩土工程领域，瞬时卸荷岩体破坏是一个重要的研究课题。
本文通过数值方法对瞬时卸荷岩体破坏特征及机理进行深入研究，以期为相关工程实践提供理论支持和指导。
首先，我们将对瞬时卸荷岩体破坏现象的背景进行介绍，阐述研究的意义和目的。
二、研究背景与意义瞬时卸荷岩体破坏是指在地下洞室、采矿场、隧道等工程中，由于外部荷载的突然卸载而导致的岩体破坏现象。
这种现象对工程安全构成严重威胁，因此研究其破坏特征及机理具有重要意义。
通过数值模拟方法，可以更直观地了解岩体破坏过程，为工程实践提供理论依据和指导。
三、研究方法与模型本研究采用数值模拟方法，建立瞬时卸荷岩体破坏的有限元模型。
模型中考虑了岩体的力学性质、边界条件、荷载等因素。
通过对比不同工况下的岩体破坏特征，分析其破坏机理。
同时，采用多种数值分析软件进行模拟，以保证结果的可靠性和准确性。
四、瞬时卸荷岩体破坏特征1. 宏观特征：瞬时卸荷岩体破坏表现为突发性、强烈性、多方向性等特点。
破坏过程中，岩体出现明显的裂隙、崩塌等现象。
2. 微观特征：通过扫描电镜等手段观察岩体破坏的微观特征，发现破坏过程中伴随着微裂纹的扩展、连通和贯通等现象。
这些微裂纹是导致岩体宏观破坏的根本原因。
五、瞬时卸荷岩体破坏机理根据数值模拟结果和岩体破坏特征分析，得出以下瞬时卸荷岩体破坏机理：1. 应力重分布：当外部荷载突然卸载时，岩体内部应力发生重新分布。
若此时存在局部应力集中区域，容易引发裂纹扩展和连通。
2. 裂纹扩展与贯通：在应力作用下，岩体内部裂纹逐渐扩展并贯通，形成宏观破坏面。
这些裂纹在岩体内相互交织，导致岩体整体性能降低。
3. 材料性质：岩体的力学性质（如强度、弹性模量等）对破坏过程具有重要影响。
不同性质的岩体在瞬时卸荷条件下表现出不同的破坏特征和机理。
六、结论与展望本研究通过数值方法对瞬时卸荷岩体破坏特征及机理进行了深入研究，得出以下结论：1. 瞬时卸荷岩体破坏具有突发性、强烈性、多方向性等特点，表现为明显的裂隙和崩塌等现象。
岩石卸载时岩爆现象的统一解
岩石卸载时岩爆现象的统一解摘要：应用统一强度理论推导了非均匀地应力下圆形巷道开挖卸载时岩爆现象岩石的应力场。
得到了强度理论参数、轴向应力参数对岩石切向应力的影响曲线，并与岩爆卸载试验结果进行了比较，符合较好。
有效的验证了利用围岩应力指数，即切向应力与岩石单轴抗压强度比值进行岩爆烈度分类的正确性，对于预测岩爆提供了理论依据。
关键词：岩爆；统一强度理论；非均匀地应力；巷道前言地下空间开发不断走向深部，岩爆现象是深部高地应力区地下工程开采过程中常见的一种地质灾害，是目前工程建设中迫切需要解决的问题之一。
岩爆主要表现为大范围的岩体突然破坏、岩片抛射并伴有不同程度的爆炸、撕裂声、围岩能量的猛烈释放，往往给施工人员、设备和地下建筑的安全带来巨大损失。
目前，已有很多学者基于岩爆理论和岩爆破坏机制而提出的各种理论预测方法[1]。
人们已从强度、刚度、能量稳定、断裂、损伤、分形和突变等方面对岩爆进行理论分析或数值模拟[2-3]，分析其机理并提出了各种判据。
利用强度理论预测岩爆在实际工程中简便实用，如文献[5]中提出的利用硐室的最大切向应力与岩石的单轴抗压强度比值来预测岩爆的判据。
这种判据通过某一单一因素进行判定，适用于特定工程，工程适用性有限，且未考虑中间主应力对判断岩爆的影响，本文考虑了中间主应力作为岩爆的判据，对预测岩爆提供了理论依据，具有普适性。
完整岩石真三轴试验证明，岩石的破坏强度不仅与第一主应力和第三主主应力有关，而且还与第二主应力密切相关，即存在着中间主应力效应。
本文利用俞茂宏提出的统一强度理论[6]，考虑中间主应力影响，引入材料统一强度参数和，研究了围岩在不均匀应力场下由于开挖卸载而导致岩体破坏并伴随岩爆现象的破坏机理，推导出了计算围岩切向应力的公式，并与文献中的岩爆试验结果进行了比较，符合较好，验证了用进行岩爆烈度分类的正确性。
本文针对不同拉压比的岩石材料，适用于非均匀地应力下围岩卸载后发生岩爆的判据。
深部岩体开挖爆破与瞬态卸荷耦合作用效应
爆破器材
包括炸药、雷管、导火索等，以及 爆破方案设计和实施的技术要求。
爆破安全
为确保人员和设备安全，必须采取 有效的防护措施和紧急撤离计划。
爆破对岩体的损伤机制
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冲击波损伤
炸药爆炸产生的冲击波对 周围岩石造成损伤，表现 为裂纹扩展、破碎和剥落 等。
应力波传播
冲击波在岩石中传播，导 致应力重新分布，可能引 发二次破坏和更远距离的 损伤。
事后处理
如果耦合作用效应已经发生，那么可以采取哪些事后处理 措施，如加固工程、修复因耦合作用效应产生的损害等。
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研究结论与展望
研究结论
深部岩体开挖爆破与瞬态卸荷耦合作用 效应在学术界和工程界受到广泛关注， 研究成果对于优化爆破设计和提高岩体
开挖效率具有重要意义。
通过研究，我们发现深部岩体在爆破和 瞬态卸荷的联合作用下，其内部应力场 、位移场和破碎模式均存在明显的耦合
抛掷与堆积
爆破产生的破碎岩石被抛 出，形成堆积，对周围环 境和结构产生影响。
爆破安全控制技术
爆破方案设计
根据工程要求和岩体条件 ，制定合理的爆破方案， 包括爆破孔位、炸药量、 起爆顺序等。
防护措施
采取有效的防护措施，如 设置防护墙、覆盖物和排 水系统等，以减少对周围 环境和结构的影响。
紧急撤离计划
影响分析
对这些影响进行深入的分析，包括对工程稳定性的影响、对周围环 境的影响等。
工程应对策略与措施
预防措施
介绍在工程开始前，为了防止耦合作用效应的产生，可以 采取哪些预防措施，如合理的工程设计、爆破参数的选择 等。
监测与控制
在工程进行过程中，如何进行监测和控制，以减小耦合作 用效应的影响。例如，对爆破震动进行监测和控制，以防 止对周围环境的影响。
不同卸荷水平下饱和红砂岩三轴压缩破坏及能量演化特征
不同卸荷水平下饱和红砂岩三轴压缩破坏及能量演化特征最近又仔细研究了下不同卸荷水平下饱和红砂岩三轴压缩破坏及能量演化特征这个事儿，发现了一些特征，今天就想跟你们唠唠。
首先说这个三轴压缩破坏，就像是一个被三面紧紧夹住的东西，一点一点地被挤压直到崩坏。
我在观察的时候就发现，不同的卸荷水平对这个饱和红砂岩的压缩破坏程度影响可大了呢。
你想啊，卸荷水平就像是一道门槛，不同级别的门槛后面，那红砂岩的表现完全不一样。
比如说，在低卸荷水平的时候，红砂岩好像还在顽强抵抗，没有那么容易就被压缩变形。
它就像一个身体还比较结实的人，虽然受到了压力，但是还能顶住。
可随着卸荷水平越来越高，那红砂岩就像是支撑不住了，变形、开裂，最后就达到破坏的状态。
而且啊，我还疑惑为啥有时候好像前期看似很稳定，突然就快速崩坏了。
我思考了一下，这可能就像人有时候一直扛着压力，到了一个极限，就突然垮了一样，红砂岩可能也是内部的结构积累到了一定程度的破坏，然后一下子就顶不住了。
我观察实验的时候，就会特别注意这种变化的细节，比如说在中等卸荷水平的时候，我看到红砂岩上开始有些微小的裂缝，那感觉就像墙上开始有一些小细纹一样。
然后随着压力继续，这些裂缝就慢慢扩大，最后整个岩石就崩开了。
再说说这个能量演化特征。
这就更有趣了，在我观察看来，能量就像是一直在红砂岩这个小空间里玩着复杂的游戏。
在试验刚开始时，施加外力，能量就开始在红砂岩内部累积，这个时候就像在注水，一点点把一个容器填满。
随着压缩过程的进行，不同的卸荷水平下能量的转化也不一样。
有的时候呢，卸荷水平低，那能量转换就像是慢慢悠悠走着楼梯下来，比较平稳。
但是卸荷水平高的时候，能量就像是从滑梯上一下子滑下来，又突然分散或者转移了。
我刚开始观察的时候，还搞错了一些地方呢。
我以为能量的演化是很简单的直线过程，就是外力给多少能量，它就按照固定的形式消耗或者转化。
后来才发现，完全不是这么回事。
有个实例就是，在一次较高卸荷水平的实验中，我发现红砂岩内部能量的波动特别大。
高地应力地下洞室开挖施工岩爆防治措施
高地应力地下洞室开挖施工岩爆防治措施发布时间：2021-12-01T08:15:20.706Z 来源：《科学与技术》2021年25期作者：曹吕军[导读] 随着我国铁路高应力地下洞室的大规模建设，大量超深埋高应力地下洞室在高地应场条件下的岩爆效应将成为铁路建设中的关键技术难题。
曹吕军中国水利水电第五工程局有限公司四川成都 610011摘要：随着我国铁路高应力地下洞室的大规模建设，大量超深埋高应力地下洞室在高地应场条件下的岩爆效应将成为铁路建设中的关键技术难题。
为了判别、预防岩爆的发生，提出不同等级岩爆防控措施，通过调研国内相关专家的研究成果及国内外典型岩爆高应力地下洞室建设的相关研究成果，分析岩爆发生条件、高应力状态下岩爆发生机理、岩爆的预测、岩爆防治措施及作用机理，总结高应力地下洞室发生岩爆的特征规律，提出高应力状态下不同等级岩爆的防控措施。
对施工中岩爆发生的规律进行了分析,探讨了隧洞开挖岩爆发生的特点及所具有的风险,为岩爆风险防治和风险管理提供了思路,提出了针对高地应力大型地下洞室群施工采取的岩爆防护安全措施,对指导施工及解决生产问题、提高施工安全及生产效率起到了很好的作用。
关键词：高地应力；地下洞室；开挖；岩爆；防治引言岩爆是一种常见的典型工程地质灾害现象，在矿山开采、高应力地下洞室开挖、水利工程等高地应力和复杂地质条件的工程时有发生。
岩爆往往极具破坏性，对生命财产安全构成极大的威胁，也严重影响了工的稳定性。
因此，国内外学者对岩爆的研究一直没有停止过，目前也取得了很多有巨大价值的成果，但由于地质条件的复杂性、岩爆显现的突发性等诸多因素，在岩爆机理及岩爆判别标准方面还有很多不足，没有统一的标准，不能进行准确有效的预测。
本文在总结已有岩爆特征规律的基础上，系统的分析了岩爆的预测、控制预防措施及适用范围。
1岩爆具有的特征岩爆为在洞室开挖过程中因岩石受力改变、应力集中、能量释放导致岩体脆性破坏而发生的弹射、崩落现象,岩体在受到地应力挤压达到最大承载力后失稳,在轴压与围压共同作用下,岩体与围压相互作用,当花岗岩应力超过极限强度后,其承载能力逐渐降低,随着围压的降低,大量能量释放,当能量超过裂隙及岩石所能承受的极限时,结构裂隙加速发展,直至发生突然破坏,岩石从岩面弹射或崩落,发生岩爆现象。
《2024年瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的数值研究》范文
《瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的数值研究》篇一一、引言随着工程建设的快速发展，岩体工程中瞬时卸荷现象屡见不鲜，其导致的岩体破坏对工程安全构成严重威胁。
为了深入理解瞬时卸荷岩体破坏的特征及机理，本文采用数值方法对这一问题进行了系统研究。
二、研究背景及意义瞬时卸荷是指岩体在受到外部荷载作用后，由于某种原因（如支护失效、地下水变化等）导致荷载瞬间卸载的现象。
岩体在瞬时卸荷作用下的破坏具有突发性、不可预测性，对工程安全构成重大威胁。
因此，研究瞬时卸荷岩体破坏特征及机理，对于预防和减少岩体工程灾害，保障工程安全具有重要意义。
三、数值研究方法本研究采用有限元法进行数值模拟，通过建立岩体瞬时卸荷的物理模型，模拟岩体在瞬时卸荷作用下的应力应变过程，从而揭示其破坏特征及机理。
具体步骤如下：1. 建立岩体物理模型：根据实际工程情况，建立岩体模型，包括岩体的几何尺寸、边界条件、材料属性等。
2. 施加荷载：对模型施加外部荷载，模拟岩体在外部荷载作用下的应力状态。
3. 瞬时卸荷：在模型中设置瞬时卸荷的边界条件，模拟岩体在瞬时卸荷作用下的应力应变过程。
4. 数值分析：对模拟结果进行数值分析，包括应力分布、位移变化、破坏模式等。
四、破坏特征及机理通过对模拟结果的分析，我们得出以下结论：1. 破坏特征：在瞬时卸荷作用下，岩体表现出突然的、大面积的破坏特征，破坏模式主要为剪切破坏和拉裂破坏。
2. 机理分析：瞬时卸荷导致岩体内部应力重新分布，产生局部高应力区。
当高应力区的应力超过岩体的强度极限时，岩体发生破坏。
此外，岩体的破坏还与岩体的材料性质、结构特征、地质环境等因素有关。
五、影响因素分析除了瞬时卸荷本身，岩体的破坏还受到多种因素的影响。
通过数值模拟，我们发现以下因素对岩体破坏具有显著影响：1. 岩体材料性质：岩体的强度、弹性模量、泊松比等材料性质对破坏特征及机理具有重要影响。
2. 结构特征：岩体的节理、裂隙、断层等结构特征对破坏模式和范围具有重要影响。
《瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的数值研究》
《瞬时卸荷岩体破坏特征及机理的数值研究》篇一一、引言岩体工程在各类基础设施建设和地质资源开发中具有极其重要的作用，其中，岩体的破坏现象往往与工程安全密切相关。
瞬时卸荷作为一种常见的地质现象，对岩体的破坏特征及机理进行研究具有非常重要的理论和现实意义。
本文以数值研究为方法，通过科学的数据分析手段，对瞬时卸荷岩体破坏特征及机理进行深入探讨。
二、研究背景及意义瞬时卸荷是指在某些自然或工程因素的作用下，岩体受到瞬间荷载释放或荷载消减的过程。
在这个过程中，岩体常常会展现出特定的破坏特征和机理。
对这些特征和机理的理解和掌握，对于预测和防止因岩体破坏引发的地质灾害和工程事故具有重要的理论和实践价值。
三、研究方法及数据来源本研究主要采用数值模拟的方法，结合实验室的岩石力学实验数据，对瞬时卸荷岩体破坏特征及机理进行深入研究。
数值模拟采用有限元法，通过建立岩体模型，模拟瞬时卸荷过程，观察和分析岩体的变形和破坏特征。
此外，本研究也结合了已有的地质观测数据和岩体工程案例数据，以提高研究的实用性和可靠性。
四、瞬时卸荷岩体破坏特征通过数值模拟和实验数据，我们发现瞬时卸荷岩体破坏具有以下特征：1. 瞬时性：岩体在瞬间荷载释放或消减后，迅速发生变形和破坏。
2. 局部性：破坏往往发生在岩体的特定部位，如节理、断层等结构面附近。
3. 非均匀性：岩体的破坏形态具有明显的非均匀性，可能表现为拉裂、剪切等不同形式。
4. 复杂多变性：瞬时卸荷的破坏模式可能因岩石类型、结构面类型、卸荷速率等多种因素的不同而有所不同。
五、瞬时卸荷岩体破坏机理根据数值模拟和实验结果，我们认为瞬时卸荷岩体破坏的机理主要包括以下几个方面：1. 应力重分布：瞬时卸荷后，岩体内部应力重新分布，导致局部应力集中。
2. 结构面弱化：岩体的结构面如节理、断层等在瞬时卸荷过程中可能发生弱化，降低岩体的承载能力。
3. 能量累积与释放：岩体在瞬时卸荷过程中，积聚的能量在特定部位快速释放，导致岩体的破坏。
不同卸荷速率条件下岩爆碎屑破坏特征分析
不同卸荷速率条件下岩爆碎屑破坏特征分析
藕明江;周宗红;王友新;王大明
【期刊名称】《中国安全生产科学技术》
【年(卷),期】2017(013)011
【摘要】为研究卸荷速率对岩爆的影响,采用岩石真三轴伺服诱变试验系统对大理岩进行不同卸荷速率下的岩爆试验,收集试验后得到的碎屑.通过对碎屑质量、粒径
以及基本尺度的测量,得到碎屑的尺度特征以及不同粒径质量的分布特征;同时对所
得到的碎屑进行分形特征研究.结果表明:在岩爆过程中,存在大量破碎的块状、板状、片状以及薄片状碎屑携带大量动能向临空面崩落,其携带的动能是由岩体自身储存
的能量转化而来;卸载速率对岩爆的剧烈程度有着直接的影响,卸荷速率越快,发生岩爆时其程度越剧烈.
【总页数】7页(P97-103)
【作者】藕明江;周宗红;王友新;王大明
【作者单位】昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明650093;昆明理工大学国
土资源工程学院,云南昆明650093;新疆阿克苏塔河矿业有限责任公司,新疆阿克苏842000;昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明650093
【正文语种】中文
【中图分类】X936
【相关文献】
1.岩石卸荷破坏与岩爆效应 [J], 张黎明;王在泉;贺俊征
2.岩石卸荷破坏特征与岩爆效应 [J], 王贤能;黄润秋
3.不同卸荷速率下节理岩桥变形破坏及裂隙扩展演化试验研究 [J], 王建明;陈忠辉;周子涵;陈帅;孙小欢
4.不同卸荷速率下节理岩桥变形破坏及裂隙扩展演化试验研究 [J], 王建明;陈忠辉;周子涵;陈帅;孙小欢
5.不同卸荷速率条件下砂岩分级卸荷力学特性试验研究 [J], 王旭;陈兴周;张浩;陈莉丽;杨冲;杜威
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山地研究(SHA N DI Y AN JIU)=M O U N T A IN RESEA RCH,1998,16(4):281～285 岩石卸荷破坏特征与岩爆效应王贤能 黄润秋(成都理工学院工程地质研究所 成都 610059) 提 要 岩爆是在地下洞室开挖卸荷过程中发生的,岩爆特征与岩石卸荷破坏特征密切相关.本文设计了模拟洞室开挖过程的三轴卸荷实验,探讨了岩石在不同卸荷速率条件下的变形破坏特征及其岩爆效应.关键词 三轴卸荷实验 卸荷速率 岩爆效应卸荷变形破坏现象在自然界中广泛存在.在岩质边坡中,卸荷将引起临空面附近岩体内部应力重分布、造成局部应力集中效应,并且在卸荷回弹变形过程中,还会因差异回弹而在岩体中形成一个被约束的残余应力体系.岩体在卸荷过程中的变形与破坏正是由这种应力变化引起的.在张应力集中带发展成拉裂面;在平行于临空面的压应力集中带处发展而成平行于临空面的压致拉裂面或剪切破裂面[1].卸荷回弹同样可以在岩体中形成残余剪应力,并导致剪切破裂.高地应力区钻进过程中所见到的岩芯饼裂的形成就是这种机制.我国长江葛洲坝大型机窠开挖过程中所观测到的沿平缓软弱夹层发生的向临空方向的剪切滑移,就是一种非常典型的差异卸荷回弹现象[1].王兰生教授提出的“浅生时效构造”,也是一种与卸荷有直接关系的新概念[2].孔德坊教授在研究成都粘土中的裂隙成因时,认为卸荷作用是产生这种裂隙的根本原因[3].处在高地应力地区的地下工程开挖过程中发生的岩爆,也是一种典型的卸荷破坏现象.过去对岩爆的岩石力学试验研究一般都采用加荷试验方式,这与岩爆发生时的应力过程并不吻合,只有采用卸荷试验方式才符合实际.由于试验条件限制和工程问题的复杂性,卸荷试验的实现比较困难.近十余年来,随着岩石力学的深入发展和工程实际的需要,我国逐步开展了岩体卸荷试验研究工作[4].本文选取西(安)(安)康铁路秦岭深埋隧道的混合花岗岩、含绿色矿物混合花岗岩、攀枝花石灰矿的灰岩,探讨了岩石在两种卸荷速率条件下的变形破坏特征以及与岩爆的关系.1 模拟硐室开挖卸荷过程的三轴试验设计地下硐室在开挖过程中,围岩应力发生重分布.径向应力( r)随着向自由表面接近逐渐减小至洞壁处变为零;而切向应力( )的变化有不同的情况,在一些部位越接近自由表面切向应力越大,并于洞壁处达到最高值(即产生压应力集中现象),在另一些部位,越接近自由表面切向应力越小,有时在洞壁处甚至出现拉应力(即产生拉应力集中现象).由此看来,地下硐室的开挖在围岩中引起强烈的应力分异现象,使围岩应力差越接近自由 *国家杰出青年科学基金(编号49525204)和教育部跨世纪优秀人才计划基金资助研究.收稿日期:1998-03-15,改回日期:1998-03-29.表面越大,至洞壁处达最大值,所以,围岩的破坏必将从硐室周边开始.假定围岩径向应力 r 为最小主应力 3,切向应力 为最大主应力 1,则在硐室开挖卸荷过程中,最小主应力 3一直减小;最大主应力 1的变化有三种情况,可能增大,可能减小,也可能不变.相比之下,当最大应力 1增大,而最小应力 3减小时,其应力差( 1- 3)最容易达到岩体的破坏极限状态.基于此,这里将模拟岩体在这类应力路径下的卸荷破坏特征.本次试验是在成都理工学院地质灾害防治与地质环境保护国家专业试验室M TS 岩石试验机上完成的.试验中选取两种卸荷控制方式:位移控制(LVDT 控制)和荷载控制(FORCE 控制).位移控制(LV DT 控制)方式的过程是:对岩样称施加静水压力,然后使轴压略微升高(视岩石的强度而定);保持试验系统(由岩样和两端压头组成)的轴向位移不变(即LVDT 控制),逐渐卸除围压,直至破坏.其典型的应力路径如图1所示.图中,S 点为静水压力状态,SU 为加荷阶段;U 点为卸荷开始点,UF 段为卸荷阶段;F 点为卸荷破坏点.图1 L V DT 控制方式的应力路径Fig.1 Stress path of LVDT control typefor un load ing p roces s 图2 F O RCE 控制方式的应力路径Fig.2 Stres s path of FORCE control type for unloading process荷载控制(FORCE 控制)方式的过程是:对岩样先施加静水压力,然后使轴压略微升高(视岩石的强度而定);保持试验系统的荷载不变(即FORCE 控制),逐渐卸除围压,直至破坏.其典型的应力路径如图2所示.图中,S ′点为静水压力状态,S ′U ′为加荷阶段;U ′点为卸荷开始点,U ′F ′段为卸荷阶段;F ′点为卸荷破坏点.两种卸荷方式的应力路径很相似,不同之处在于卸荷过程中围压 3的减少量 3与轴压 3的增加量 1的比率不同.位移控制(LVDT 控制)方式的比值 3/ 1为1.13,荷载控制(FORCE 控制)方式的 3/ 1为0.14,即位移控制方式的卸荷速率比荷载控制方式的卸荷速率快.2 岩石的卸荷过程中的变形破坏特征本次试验选取以下三种岩石:秦岭隧道工程的混合花岗岩、含绿色矿物混合花岗岩和攀枝花石灰矿的石灰岩.其中秦岭隧道混合花岗岩取自隧道进口端曾经发生过岩爆位置的岩石.为便于对比,每种岩石分别做了加荷试验.试验结果如图3～5和表1所示.图4为位移控制(LVDT 控制)方式卸荷试验曲线,图5为荷载控制(FORCE 控制)方式卸荷试验曲线.从图3中可以看出,岩石在位移控制(LVDT 控制)方式下卸荷,其加荷段与卸荷段的变形特征明显不同(图中U 点为卸荷开始点).加荷段的斜率明显比卸荷段的斜率大,282山 地 研 究16卷(1)灰岩(2)混合花岗岩(3)含绿色矿物混合花岗岩图3 岩石加荷试验曲线Fig.3 The strain-stress cur ves of rock s am ple under loading cond itios即岩石在加荷过程中的弹性模量比卸荷过程的弹性模量大(如表1所示).攀矿石灰岩加荷段的弹性模量为41.63GPa ,而卸荷段的弹性模量为40.73GPa.与加荷试验相比,位移控制(LVDT 控制)方式下岩石卸荷破坏时的应力差明显减小(如表1所示).攀矿石灰岩加荷试验破坏时的应力差为251.M Pa,而卸荷破坏时的应力差为115.62M Pa;秦岭隧道混合花岗岩加荷试验破坏时的应力差为273.87M Pa ,而卸荷破坏时的应力差155.57M Pa .这说明,岩石在卸荷过程中其强度明显降低.图3岩石加荷试验曲线与5卸荷试验曲线(荷载控制)相比,同类岩石在卸荷过程中的变形量增大,弹性模量降低(如表1所示).秦岭隧道混合花岗岩卸荷弹性模量为44.88GPa(图5a 所示),而相应的加荷弹性模量为53.48GPa.(a )石灰岩;(b )混合花岗岩;(c)含绿色矿物混合花岗岩图4 岩石卸荷试验曲线(L V DT 控制)Fig.4 T est curves of rock sample under u nload ingcondition controlled by L VDT type (a )石灰岩( 1=30.53M Pa , 3=30M Pa ),(b )石灰岩( 1=38.98M Pa, 3=30M Pa),(c)混合花岗岩图5 岩石卸荷试验曲线(F ORCE 控制)Fig.5 T es t cu rves of rock sample un der unloading con dition con tr olled by FORCE type从表1可以看出,岩石卸荷速度越快,其强度越低.位移控制(LVDT 控制)方式围压减小量与轴压增加量的比值为1.13,而荷载控制(FORCE 控制)方式围压减小量与轴压增加量的比值仅为0.14,因此,位移控制卸荷方式下岩石的强度将比荷载控制卸荷方式下岩石的强度低.攀矿石灰岩,位移控制方式卸荷破坏时的应力差为115.62M Pa(破坏时的围压为2.43M Pa ),而荷载控制方式卸荷破坏时的应力差为214.40M Pa (破坏时的围压为9.90M Pa )。
秦岭隧道混合花岗岩,位移控制方式卸荷破坏时的应力差为155.57M Pa (破坏时的围压为5.41M Pa),而荷载控制方式卸荷破坏时的应力差为214.30M Pa(破坏时的围压为0.63M Pa).这表明,在地下工程的施工开挖过程中,可以通过调整施工速度,控制围岩的位移来减缓或降低岩爆的发生.2833期王贤能 黄润秋:岩石卸荷破坏特征与岩爆效应 表1 岩石力学试验结果表T able 1 Res ults of mech anical test of rock sample under loading and unloading conditions岩 性应力控制方式卸荷前应力状态破坏时的应力状态及破坏特征弹性模量轴压围压轴压围压应力差破裂角破坏性质加荷阶段卸荷阶段M Pa M Pa M Pa M Pa 1- 3 (°)GPa GPa 攀矿灰岩加荷实验——261.5410251.3418剪切破坏67.05—卸荷LVDT 控制38.9730118.05 2.43115.626张性破坏41.6336.18卸荷FORCE 控制38.9730226.6612.26214.4020剪切破坏—46.05卸荷FORCE 控制30.5330165.419.97155.4415剪切破坏—44.82秦岭隧道混加荷实验——283.3710273.8719剪切破坏53.48—合花岗岩卸荷LVDT 控制45.4730160.98 5.41155.5714剪张复合型42.8540.73卸荷FORCE 控制30.5330214.930.6324.806剪张复合型—44.88含绿色矿物加荷实验——206.7010196.7019剪切破坏51.13—混合花岗岩卸荷LVDT 控制42.2230148.240.76147.4811张剪复合型49.9042.593 岩石卸荷破坏与岩爆效应岩石在加荷破坏(具有一定围压)时容易发生剪切破坏,破裂角 (与最大主应力的夹角)较大;而卸荷破坏(若围压较低)时,容易发生剪张复合型破坏,其破裂角 较小(如表1所示).a )攀矿灰岩,LVDT 控制卸荷,张性破坏( 1=118.05M Pa , 3=2.43M Pa )b )秦岭隧道混合花岗岩,LVDT 控制卸荷,剪张性破坏( 1=160.98M Pa, 3=5.41M Pa)c)攀矿灰岩,FORCE 控制卸荷,剪切破坏( 1=226.66M Pa, 3=12.26M Pa)d )秦岭隧道混合花岗岩,FORCE 控制卸荷,张剪性破坏( 1=214.93M Pa , 3=0.63M Pa )图6 岩石卸荷破坏迹线Fig.6 Failure characters of rock samples under u nloading conditions 图6为卸荷破坏迹线素描图.图中(a )(b)为攀矿石灰岩和秦岭隧道混合花岗岩在位移控制(LV DT 控制)方式下卸荷破坏迹线;(c)(d)为石灰岩和混合花岗岩在荷载控制(FORCE 控制)下卸荷破坏迹线.从图中可以看出,当卸荷破坏发生时的围压较低时,则其破坏特征以张性或张剪复合型(图6a 、b 、d ):若卸荷破坏发生时围压较高,则其破坏特征以剪切破坏为主(图6c ).地下硐室在开挖卸荷过程中,硐室周边围岩的侧压被卸除,应力发生重分布.当调整后的应力状态达到岩体极限状态时,岩体发生破坏.此处发生的岩体破坏应当是张性破坏或剪张复合型破坏.处在高地应力区的地下硐室开挖过程快速卸荷,形成一系列平行于洞壁连通性较差的张裂隙,这些张裂隙将围岩分割成板状、甚至薄板状.这种板状破裂进一步发育,向硐室突然溃决破坏,从而导致岩爆的发生.谭以安博士对天生桥二级水电站的岩爆断面做了电镜扫描(SEM )分析[5],断面有张性破坏,也有剪切破坏.张性破坏的SEM 形貌特征为沿晶粒拉花、穿晶拉花等;剪切破坏的SEM 形貌特征为沿晶擦花、切晶擦花及擦阶擦花,这说明岩爆属于张性、剪切复合破284山 地 研 究16卷坏,与岩石卸荷试验结果相符.4 结 论岩石在卸荷条件下的变形破坏特征与在加荷条件下的变形破坏特征有很大的差异.在卸荷条件下,岩石的弹性模量比加荷条件下的弹性模量小,破坏时的强度也随卸荷速率增大而明显降低,多呈张性、张剪性破坏,这表明,可以通过调整施工开挖的速度来控制或减缓岩爆的发生.岩爆是在地下洞室开挖卸荷过程中发生的,其特征与岩石的变形破坏特征密切相关,岩爆的破坏也多呈张性、张剪性.本文在探讨岩石卸荷破坏特征与岩爆效应方面仅做了定性分析,而深入研究岩石卸荷破坏理论及岩爆发生准则并应用于实际工程则是一个重要的研究课题.参考文献[1] 张倬元,王士天,王兰生.工程地质分析原理.北京:地质出版社,1981.79～85.[2] 王兰生,赵其华,李天斌.浅生时效构造与人类工程.北京:地质出版社,1991.3～19.[3] 孔德坊.裂隙性粘土.北京:地质出版社,1995.1～4.[4] 吴 刚.岩体在加荷卸荷条件下破坏效应对比分析.岩士力学.1997,18(2).13～16.[5] 谭以安.岩爆形成机理研究.水文地质与工程地质,1989,16(1),34～38.ANALYSIS OF DEFORMATION AND FAILUREFEATURES CHARACTERISTICS OF ROCK UNDERUNLOALDING CONDITIONS AND THEIREFFECTS ON ROCK BURSTWang Xianneng Huang Runqiu(Institute of Engineer ing Geology ,Chengdu University o f T echnology ,Chengdu 610059)AbstractThere exists great difference o f the defor matio n and failure characteristics betw een rock sam ples under loading and unloading conditions.Inthis paper ,the triax ial test is de-signed to sim ulate the excavation of tunnel ,and triax ial tests under loading and unload-ing conditions about thrcc kinds o f rock (mig matitic gr anitc ,m igmatitic g ranitc co ntain-ing g rccn mincral and limcstonc )hav e been done .It show s that the elastic modulus under unlo ading conditio ns is less than that under lo ading conditio ns ,and the strength of rock sam ple descends with the developing of unloading ratio,and the failur e form at o r patter n is tensile type o r tensile-shear com posite ty pe.Ro ck bur st occurs under the unloading co nditions during the ex cav ation of tunnel,its failure fo rmat is also tensile type or ten-sileshear composite type,w hich is prov ed in the field.Key words tr iax ial test under unloading co ndit ions,unloading r atio ,r ock burst effects 2853期王贤能 黄润秋:岩石卸荷破坏特征与岩爆效应 。