大理巖破壞起裂應(yīng)力及斷裂能特征試驗(yàn)研究

摘要：

根據(jù)大理巖常規(guī)三軸試驗(yàn)數(shù)據(jù)，探討不同圍壓下大理巖破壞的起裂應(yīng)力和起裂斷裂能變化規(guī)律。大理巖起裂應(yīng)力位于峰值應(yīng)力的53%～76%之間，隨圍壓升高向峰值強(qiáng)度逐漸逼近。起裂斷裂能與圍壓、峰值強(qiáng)度呈正線性關(guān)系。起裂應(yīng)力對(duì)應(yīng)的聲發(fā)射能量計(jì)數(shù)率出現(xiàn)突跳，起裂點(diǎn)之后聲發(fā)射能量計(jì)數(shù)率和累計(jì)釋放能量增加速度明顯變快，理論計(jì)算求得的起裂點(diǎn)和聲發(fā)射監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)吻合較好。大理巖常規(guī)三軸破壞符合MogiCoulom強(qiáng)度準(zhǔn)則。

關(guān)鍵詞：

三軸破壞；起裂應(yīng)力；斷裂能；聲發(fā)射

中圖分類號(hào)：

TU45

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：16744764（2014）04006905

巖石的起裂應(yīng)力是判斷巖石類材料破壞征兆的重要指標(biāo)之一。巖石破壞過(guò)程中線彈性變形階段結(jié)束亦是裂紋擴(kuò)展階段的開(kāi)始，中間的轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為起裂點(diǎn)。對(duì)于脆性材料在單軸和三軸壓縮條件下的力學(xué)行為已經(jīng)獲得了較好的研究成果，對(duì)巖石的起裂、斷裂特性也開(kāi)展了相關(guān)的研究。

Gaziev等[12]發(fā)現(xiàn)巖石斷裂能和起裂應(yīng)力密切相關(guān)。黃達(dá)等[3]研究了加載速率與特征應(yīng)力之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。王學(xué)濱等[4]研究了單軸壓縮破壞巖石試件斷裂能的尺寸效應(yīng)。徐松林等[5]提出大理巖三軸試驗(yàn)剪切斷裂能的計(jì)算方法。楊圣奇等[6]研究了三軸壓縮大理巖斷裂能隨圍壓的變化關(guān)系。朱澤奇等[7]研究了不同圍下起裂應(yīng)力、起裂角與圍壓的關(guān)系。Scott等[8]研究了巖石疲勞破壞過(guò)程中的應(yīng)變能耗散特征。Xie等[9]基于能量釋放和耗散原理研究了巖體破壞準(zhǔn)則。

關(guān)于單軸加載條件下巖石破壞過(guò)程的能量演化規(guī)律已取得較多的研究成果，而三軸壓縮破壞巖石的起裂應(yīng)力是與圍壓密切相關(guān)的，目前這方面的研究還極為缺乏。本文對(duì)大理巖常規(guī)三軸壓縮破壞過(guò)程的起裂應(yīng)力和斷裂能影響因素進(jìn)行了研究。

1試驗(yàn)介紹

試驗(yàn)采用三個(gè)批次的大理巖巖樣分別進(jìn)行單軸和常規(guī)三軸試驗(yàn)（巖樣標(biāo)號(hào)中字母前的數(shù)字表示巖樣的1、2、3批次，字母T表示常規(guī)三軸壓縮）。試驗(yàn)在MTS815巖石力學(xué)試驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行，采用AE21C聲發(fā)射設(shè)備檢測(cè)聲發(fā)射信息。試驗(yàn)全過(guò)程應(yīng)力應(yīng)變曲線（1T組）如圖1所示。張黎明，等：大理巖破壞起裂應(yīng)力及其斷裂能特征試驗(yàn)研究