結(jié)合應(yīng)變場(chǎng)和溫度場(chǎng)裂隙砂巖破壞規(guī)律及災(zāi)變預(yù)警研究

康志強(qiáng) 馮江江 王治磊 張 晨

(1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,河北 唐山 063200;2.河北省礦業(yè)開發(fā)與安全技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河北 唐山 063210;3.河北省礦山綠色智能開采技術(shù)創(chuàng)新中心,河北 唐山 063200)

許多巖土、邊坡工程的失穩(wěn)破壞問(wèn)題是由巖體內(nèi)部的節(jié)理裂隙在外力作用下擴(kuò)展、貫通所引起[1-2]。現(xiàn)有研究成果表明巖體在加載過(guò)程中外緣表層紅外輻射隨試樣破壞程度增加而逐漸強(qiáng)烈,因此從紅外輻射信號(hào)中提取表征巖石不同狀態(tài)下的特征信息可以實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體工程災(zāi)變演化及預(yù)警的有效監(jiān)控。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)將紅外輻射技術(shù)廣泛應(yīng)用于非接觸式巖體全局溫度檢測(cè)研究,Freund[3]進(jìn)行了脆性花崗巖破裂過(guò)程中的紅外輻射觀測(cè)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)花崗巖試樣外緣表面的紅外輻射溫度隨著加載過(guò)程中加載路徑的變化而改變;He M C[4]利用紅外輻射技術(shù)模擬了巖層分層開挖過(guò)程中造成的破壞,研究表明紅外輻射溫度場(chǎng)能夠反映出巖層應(yīng)力分布的變化,而紅外熱像能夠反映巖層的開挖破壞過(guò)程;劉善軍、張艷博等[5-7]引入熵值、統(tǒng)計(jì)學(xué)和分形等理論,定量描述了巖石加載破壞過(guò)程中紅外輻射溫度場(chǎng)的變化;吳賢振等[8]通過(guò)監(jiān)測(cè)巖石破壞溫度場(chǎng)演化特征,發(fā)現(xiàn)溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)之間存在著較好的相關(guān)關(guān)系,可利用紅外溫度場(chǎng)所表現(xiàn)出的異?，F(xiàn)象預(yù)警巖石破壞;劉善軍等[9]結(jié)合“遙感—巖石力學(xué)”,實(shí)現(xiàn)對(duì)地震活動(dòng)帶及礦爆、巖爆等自然災(zāi)害進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)。

數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)是近些年來(lái)巖石力學(xué)領(lǐng)域新興的一種非接觸式全場(chǎng)應(yīng)變觀測(cè)手段,通過(guò)追蹤巖石表面人工散斑圖像,精確獲取加載過(guò)程中巖石表面全場(chǎng)應(yīng)變、位移的信息,具有較強(qiáng)的應(yīng)用可靠性。大久保誠(chéng)介等[10]通過(guò)對(duì)比應(yīng)變片和3D-DIC系統(tǒng)在單軸壓縮過(guò)程巖石中全場(chǎng)應(yīng)變結(jié)果,證明3D-DIC系統(tǒng)可以滿足巖石全場(chǎng)可視化測(cè)量的要求;Shirole等[11]利用全場(chǎng)應(yīng)變信息監(jiān)測(cè)裂隙巖石破壞過(guò)程中的損傷類型,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生尖端裂紋時(shí)主要以張拉裂紋和剪切力裂紋為主;宋義敏等[12]通過(guò)DIC系統(tǒng)監(jiān)測(cè)了巖石破壞變形過(guò)程中的局部位移量,并通過(guò)位移演化得出其全過(guò)程能量耗散規(guī)律;范杰等[13]將3D-DIC系統(tǒng)應(yīng)用于探究含不同傾角裂隙砂巖的裂紋擴(kuò)展及損傷機(jī)理。

目前研究成果大多通過(guò)對(duì)巖石加載變形、破壞過(guò)程進(jìn)行上述單領(lǐng)域手段監(jiān)測(cè),缺乏應(yīng)變場(chǎng)和紅外輻射溫度場(chǎng)雙領(lǐng)域聯(lián)合分析觀測(cè),以及對(duì)其相關(guān)性、差異程度缺少理論驗(yàn)證。巖石在局部破壞或整體失穩(wěn)過(guò)程中由于內(nèi)部礦物結(jié)構(gòu)發(fā)生改變?cè)斐傻V物成分中的分子、原子發(fā)生能級(jí)躍遷,導(dǎo)致巖石表面紅外輻射發(fā)生變化。因此,基于應(yīng)變場(chǎng)和溫度場(chǎng)兩種非接觸式監(jiān)測(cè)手段作用下裂隙巖石破壞的協(xié)同演化過(guò)程,能夠全面揭示裂隙巖石破壞規(guī)律并對(duì)不同破壞形式表現(xiàn)出的異常信息分別作出災(zāi)變預(yù)警。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試件制備

本次試驗(yàn)研究對(duì)象為條帶狀沉積黃砂巖,取自河北省唐山市某礦頂板,鑒定其主要礦物成分為石英、長(zhǎng)石、云母及部分氧化物。將同一巖層取出的黃砂巖制成尺寸為50 mm×100 mm×150 mm的矩形板狀試樣,并利用高速水槍切割出2條寬2 mm、長(zhǎng)50 mm、傾角為45°的貫穿型平行裂隙,如圖1(a)所示。之后對(duì)試樣進(jìn)行波速測(cè)定,挑選波速相近試樣以降低試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散性。為獲得數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)所需的隨機(jī)散斑圖案,采用白色啞光噴漆對(duì)巖石表面進(jìn)行噴繪,然后用啞光黑漆在白色底漆上隨機(jī)噴繪非規(guī)則黑色散斑,如圖1(b)所示。圖1(c)為黃砂巖試樣最終破壞形態(tài)。

圖1 試樣示意Fig.1 Schematic of sample

1.2 試驗(yàn)方案

試驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示,加載系統(tǒng)為RLW-3000微機(jī)控制剪切蠕變?cè)囼?yàn)機(jī),對(duì)砂巖試樣進(jìn)行雙軸加載,將圍壓強(qiáng)度分別設(shè)定為5 MPa,軸向壓力設(shè)置為2 kN,以0.12 mm/min的加載速率同步將軸壓、圍壓提升至設(shè)定值,之后轉(zhuǎn)化為軸向位移控制模式,以0.2 mm/min的加載速率直至試件破壞。加載過(guò)程使用高速攝像機(jī)對(duì)噴繪人工散斑場(chǎng)的試樣進(jìn)行數(shù)字散斑場(chǎng)圖像收集,高速攝像機(jī)分辨率為2 048×1 536,采集頻率為50 Hz。同時(shí)使用Therma CAM SC3000紅外熱像儀收集試樣破壞過(guò)程的紅外熱像,監(jiān)測(cè)溫度場(chǎng)的變化,采集頻率為15幀/s。

圖2 試驗(yàn)系統(tǒng)Fig.2 Test system

在試樣端部涂抹凡士林以消除加載過(guò)程中試樣端部效應(yīng),為保證試驗(yàn)過(guò)程中協(xié)同記錄圖像在時(shí)間上的一致性,在加載之前對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)一,最終選取3組試樣。編號(hào)約定為:圍壓+試樣編號(hào),如“5-1”表示為圍壓為5 MPa的1號(hào)試樣。

2 加載過(guò)程中應(yīng)變場(chǎng)演化規(guī)律

雙軸加載過(guò)程得到裂隙砂巖試樣應(yīng)力—應(yīng)變曲線如圖3所示,使用Vic-3D型數(shù)字圖像計(jì)算系統(tǒng)對(duì)加載過(guò)程中獲取的數(shù)字散斑圖像進(jìn)行信息處理,得到試樣加載過(guò)程中的水平應(yīng)變場(chǎng)、垂直應(yīng)變場(chǎng)、剪切應(yīng)變場(chǎng)。研究結(jié)果表明,相同圍壓下3組試樣加載過(guò)程中的應(yīng)變場(chǎng)演化規(guī)律基本相似,因此選取試樣5-2應(yīng)力—應(yīng)變曲線中的8個(gè)特征時(shí)刻進(jìn)行標(biāo)識(shí)。圖4為加載過(guò)程中特征點(diǎn)的裂紋擴(kuò)展情況及裂紋類型。圖5～圖7為特征點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的3種應(yīng)變場(chǎng)圖像。

圖3 應(yīng)力—應(yīng)變曲線Fig.3 Stress-strain curves

圖4 裂紋擴(kuò)展路徑Fig.4 Crack growth paths

圖5 水平應(yīng)變場(chǎng)Fig.5 Horizontal strain field

由圖3可以看出,裂隙砂巖在雙軸加載過(guò)程應(yīng)力—應(yīng)變曲線中可以大致分為4個(gè)階段:

(1)微裂隙壓密階段(特征點(diǎn)1～3)。此階段應(yīng)力—應(yīng)變曲線上升緩慢,且呈現(xiàn)上凹型,這是由于雙軸加載初期圍壓與軸向應(yīng)力的共同作用下,砂巖內(nèi)部微裂隙壓密,使得砂巖試樣強(qiáng)度增加,且對(duì)應(yīng)3種應(yīng)變場(chǎng)分布均勻。如圖5(a)～圖5(c)、圖6(a)～圖6(c)、圖7(a)～圖7(c)所示。

圖6 垂直應(yīng)變場(chǎng)Fig.6 Vertical strain field

圖7 剪切應(yīng)變場(chǎng)Fig.7 Shear strain field

(2)彈性變形階段(特征點(diǎn)3～5)。隨著軸向應(yīng)力繼續(xù)增加,此時(shí)砂巖試樣處于彈性壓縮狀態(tài),應(yīng)力—應(yīng)變曲線在此階段大致呈線性關(guān)系增長(zhǎng)。裂隙砂巖試樣預(yù)制裂隙尖端處并未萌生出明顯的裂紋,但對(duì)應(yīng)3種應(yīng)變場(chǎng)均已出現(xiàn)應(yīng)變集中區(qū),說(shuō)明此時(shí)試樣表面已經(jīng)開始出現(xiàn)微滑移面。如圖5(d)～圖5(e)、圖6(d)～圖6(e)、圖7(d)～圖7(e)所示。

(3)裂紋擴(kuò)展階段(特征點(diǎn)5～7)。此階段砂巖試樣預(yù)制裂隙尖端處形成局部破壞核,張拉型翼裂紋產(chǎn)生,此時(shí)軸向應(yīng)力為試樣峰值荷載的75.6%。隨后與巖樣端部擴(kuò)展產(chǎn)生的剪切裂紋連接、貫通,形成局部破壞面。該階段對(duì)應(yīng)的3種應(yīng)變場(chǎng)出現(xiàn)明顯應(yīng)變集中區(qū),如圖5(e)～圖5(g)、圖6(e)～圖6(g)、圖7(e)～圖7(g)所示。

(4)峰后破壞階段(特征點(diǎn)7～8)。軸向應(yīng)力達(dá)到峰值后,試樣兩個(gè)端部產(chǎn)生的剪切裂紋加速擴(kuò)展,最終巖橋貫通,出現(xiàn)宏觀破壞面。應(yīng)變場(chǎng)出現(xiàn)應(yīng)變區(qū)域連接,如圖5(g)～圖5(h)、圖6(g)～圖6(h)、圖7(g)～圖7(h)所示。

根據(jù)上述裂隙砂巖試樣雙軸加載過(guò)程中應(yīng)力—應(yīng)變曲線各個(gè)階段所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變場(chǎng)演化趨勢(shì)可知,應(yīng)變場(chǎng)由均勻分布到出現(xiàn)應(yīng)變集中區(qū),并擴(kuò)展、延伸的過(guò)程是巖體出現(xiàn)裂紋到逐漸失穩(wěn)破壞的重要表征。在統(tǒng)計(jì)學(xué)中標(biāo)準(zhǔn)差是將離散程度量化的一項(xiàng)重要指標(biāo),巖體加載過(guò)程中應(yīng)變集中區(qū)演化會(huì)引起應(yīng)變場(chǎng)分異程度增大,因此引入標(biāo)準(zhǔn)差這一指標(biāo),定量表征應(yīng)變場(chǎng)的演化特征。

應(yīng)變場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差為

式中,Sε,i為樣本第i時(shí)刻的應(yīng)變場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差;l為應(yīng)變場(chǎng)子區(qū)總數(shù);εij為樣本第i時(shí)刻時(shí)第j個(gè)子區(qū)的應(yīng)變值;為第i時(shí)刻時(shí)m個(gè)樣本子區(qū)應(yīng)變場(chǎng)的均值。

通過(guò)計(jì)算可得出圖8所示編號(hào)為5-2試樣裂隙砂巖試樣雙軸加載過(guò)程中的3種應(yīng)變場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差曲線。

圖8 應(yīng)變場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差—應(yīng)變曲線Fig.8 Standard deviation of strain field-strain curves

由圖8可知3種應(yīng)變場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差曲線可大致分為3個(gè)階段:

階段Ⅰ:初始分異階段。此階段對(duì)應(yīng)加載過(guò)程中微裂隙壓密階段,試樣整體強(qiáng)度增加,形變較小,應(yīng)變場(chǎng)分布較為均勻,因此3種應(yīng)變場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)值處于0～1%,離散程度較小。

階段Ⅱ:穩(wěn)定分異階段對(duì)應(yīng)試樣彈性變形階段。此階段3種應(yīng)變場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差逐步增長(zhǎng),這是由于試樣表面應(yīng)變場(chǎng)出現(xiàn)應(yīng)變集中區(qū),預(yù)制裂隙尖端存在應(yīng)力集中現(xiàn)象,并伴隨輕微滑移面,因此產(chǎn)生分異現(xiàn)象。

階段Ⅲ:加速分異階段對(duì)應(yīng)加載過(guò)程中試樣裂紋擴(kuò)展和峰后破壞階段。這一階段前期預(yù)制裂隙尖端出現(xiàn)明顯翼型張拉裂紋,隨后張拉裂紋快速擴(kuò)展,同時(shí)端部生出剪切裂紋,與張拉裂紋連接貫通,最終巖橋失穩(wěn)破壞,使得各應(yīng)變場(chǎng)分異程度突增,應(yīng)變場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差曲線在峰值荷載附近陡增。

3 加載過(guò)程中紅外輻射溫度場(chǎng)演化過(guò)程

圖9為編號(hào)5-1試樣8個(gè)特征時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的紅外輻射圖像。

圖9 紅外輻射溫度場(chǎng)Fig.9 Infrared radiation temperature field

由圖9可知,加載初期(特征點(diǎn)1～4)試樣紅外輻射溫度場(chǎng)除平均溫度升高外,并無(wú)異常分異現(xiàn)象,如圖9(a)～圖9(d);隨著軸向應(yīng)力的增加試樣預(yù)制裂隙尖端出現(xiàn)翼型張拉裂紋(特征點(diǎn)5～6),其溫度場(chǎng)對(duì)應(yīng)位置處略微出現(xiàn)局部升溫帶,如圖9(e)～圖9(f),說(shuō)明巖體發(fā)生張拉破壞過(guò)程中,紅外溫度場(chǎng)分異現(xiàn)象并不明顯;試樣到達(dá)峰值應(yīng)力附近時(shí)剪切裂紋開始萌生(特征點(diǎn)7～8),此時(shí)試樣溫度場(chǎng)出現(xiàn)高溫條帶,如圖9(g)～圖9(h),同時(shí)溫度達(dá)到最高值,說(shuō)明巖體發(fā)生剪切破壞時(shí),破壞面在正應(yīng)力與剪應(yīng)力作用下產(chǎn)生摩擦生熱現(xiàn)象,導(dǎo)致溫度場(chǎng)分異程度增大。

以上溫度場(chǎng)演化規(guī)律可知,剪切裂紋的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致試樣表面溫度場(chǎng)的分化程度發(fā)生較大改變。為定量描述加載過(guò)程中試樣表面溫度場(chǎng)演化特征,引入溫度場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差定量描述其演化規(guī)律。

溫度場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差為

式中,ST,i為i時(shí)刻溫度場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差;l為溫度場(chǎng)子區(qū)總數(shù);Ti,m為第i時(shí)刻時(shí)第m個(gè)子區(qū)的溫度值;為第i時(shí)刻時(shí)m個(gè)樣本子區(qū)溫度值的均值。

通過(guò)計(jì)算可得出圖10所示編號(hào)為5-2試樣的裂隙砂巖試樣雙軸加載過(guò)程中紅外輻射溫度場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差曲線。

圖10 溫度場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差—應(yīng)變曲線Fig.10 Standard deviation of temperature field-strain curves

分析圖10可將溫度場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差曲線分為2個(gè)階段:

階段Ⅰ,穩(wěn)定分異階段。該階段出現(xiàn)在剪切裂紋萌生之前,此時(shí)試樣表面沒有出現(xiàn)破裂面之間擠壓、摩擦而產(chǎn)生的放熱效應(yīng),因此溫度場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差曲線較為平緩,離散程度較小。

階段Ⅱ,加速分異階段。溫度場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差曲線基本呈直線大幅增加,這是由于試樣在此階段剪切裂紋開始擴(kuò)展,在剪應(yīng)力與正應(yīng)力作用下破裂面產(chǎn)生摩擦生熱效應(yīng),溫度急劇升高導(dǎo)致離散程度增大,隨后試樣發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。

4 應(yīng)變場(chǎng)與溫度場(chǎng)相關(guān)關(guān)系驗(yàn)證

宋義敏等[14]發(fā)現(xiàn):巖石類材料加載過(guò)程中其應(yīng)變值與表面溫度之間存在一定對(duì)應(yīng)關(guān)系,為探究裂隙砂巖雙軸加載過(guò)程應(yīng)變場(chǎng)與溫度場(chǎng)之間的相關(guān)性,引入皮爾遜相關(guān)系數(shù)定量描述兩個(gè)領(lǐng)域之間的密切程度,計(jì)算公式為

式中,m為時(shí)步總數(shù);,為3種應(yīng)變場(chǎng)和溫度場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差的平均值。

表1為相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值與兩個(gè)領(lǐng)域相關(guān)關(guān)系的密切程度。

表1 相關(guān)系數(shù)與相關(guān)程度Table 1 Correlation coefficient and correlation degree

通過(guò)計(jì)算得出本次試驗(yàn)3組試樣溫度場(chǎng)與各應(yīng)變場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差所對(duì)應(yīng)的皮爾遜相關(guān)系數(shù)均在0.6～0.91之間,計(jì)算結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明:2個(gè)領(lǐng)域信息之間呈現(xiàn)顯著與高度相關(guān)關(guān)系。

5 應(yīng)變場(chǎng)與溫度場(chǎng)信息演化災(zāi)變預(yù)警

通過(guò)分析雙軸加載過(guò)程中裂隙砂巖應(yīng)變場(chǎng)與溫度場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差曲線可知其分異程度具有明顯階段性,利用差分法對(duì)兩個(gè)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)差曲線對(duì)軸向應(yīng)變進(jìn)行求導(dǎo)計(jì)算,得到定量描述全場(chǎng)信息的分異速率,計(jì)算公式為

式中,vε、vT分別表示應(yīng)變場(chǎng)分異速率和溫度場(chǎng)分異速率,計(jì)算結(jié)果表明3種應(yīng)變場(chǎng)分異速率曲線演化趨勢(shì)相似,限于篇幅,選取試樣5-1試樣剪切應(yīng)變場(chǎng)分異速率曲線進(jìn)行分析,如圖11所示。

圖11 剪切應(yīng)變場(chǎng)分異速率曲線Fig.11 Shear strain field differential rate curve

圖11表明:剪切應(yīng)變場(chǎng)分異速率曲線圖中出現(xiàn)2個(gè)明顯尖端點(diǎn)P1、P2。分別對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)5和特征點(diǎn)7,即張拉裂紋、剪切裂紋萌生點(diǎn)。這是由于隨著裂紋的萌生,周圍巖石出現(xiàn)應(yīng)力重分布現(xiàn)象,導(dǎo)致其應(yīng)變場(chǎng)出現(xiàn)不同程度的分異現(xiàn)象,且分異程度取決于裂紋類型及擴(kuò)展程度,反映在分異速率曲線上表現(xiàn)為預(yù)警點(diǎn)的出現(xiàn)。3組試樣應(yīng)變場(chǎng)預(yù)警點(diǎn)P1、P2點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的前兆應(yīng)力、前兆時(shí)間及與峰值應(yīng)力、時(shí)間比如表3、表4所示。

表3 應(yīng)變場(chǎng)演化預(yù)警點(diǎn)P1Table 3 Early warning point P1 of strain field evolution

表4 應(yīng)變場(chǎng)演化預(yù)警點(diǎn)P2Table 4 Early warning point P2 of strain field evolution

圖12為試樣溫度場(chǎng)分異速率曲線,表明加載過(guò)程中試樣溫度場(chǎng)分異速率呈震蕩上升趨勢(shì),直至特征點(diǎn)7處(剪切裂紋出現(xiàn))時(shí)分異速率突增,到達(dá)峰值應(yīng)力之后下降至正常水平,并出現(xiàn)明顯尖端點(diǎn),對(duì)應(yīng)上文說(shuō)明此時(shí)剪切裂紋迅速擴(kuò)展,試樣即將發(fā)生巖橋貫通的失穩(wěn)破壞。因此可將其尖端點(diǎn)記作剪切裂紋預(yù)警點(diǎn)P。表5為3組試樣溫度場(chǎng)預(yù)警點(diǎn)P所對(duì)應(yīng)的前兆應(yīng)力、前兆時(shí)間及與峰值應(yīng)力、時(shí)間比。

表5 溫度場(chǎng)演化預(yù)警點(diǎn)PTable 5 Temperature field evolution early warning point P

圖12 溫度場(chǎng)分異速率曲線Fig.12 Temperature field differential rate curves

綜上所述,當(dāng)預(yù)警點(diǎn)P1出現(xiàn)時(shí),前兆應(yīng)力與峰值應(yīng)力比值區(qū)間為73.71%～76.43%,前兆時(shí)間與峰值時(shí)間比值區(qū)間為63.43%～70.91%;當(dāng)預(yù)警點(diǎn)P2出現(xiàn)時(shí),前兆應(yīng)力與峰值應(yīng)力比值區(qū)間為89.16%～93.42%,前兆時(shí)間與峰值時(shí)間比值區(qū)間為92.44%～95.31%;當(dāng)預(yù)警點(diǎn)P出現(xiàn)時(shí),前兆應(yīng)力與峰值應(yīng)力比值區(qū)間為93.92%～94.37%,前兆時(shí)間與峰值時(shí)間比值區(qū)間為87.62%～94.74%。綜合考慮3個(gè)預(yù)警點(diǎn)均對(duì)應(yīng)裂隙巖體加載過(guò)程中發(fā)生整體結(jié)構(gòu)破壞的關(guān)鍵信息,尤其P2、P出現(xiàn)時(shí)表明巖體已經(jīng)接近宏觀失穩(wěn)破壞。因此可將P1視作張拉裂紋預(yù)警點(diǎn),P2、P視作剪切裂紋2個(gè)領(lǐng)域聯(lián)合預(yù)警點(diǎn)。

6 結(jié) 論

(1)裂隙巖體在雙軸加載過(guò)程中軸向應(yīng)力達(dá)到峰值應(yīng)力75.4%時(shí),裂隙尖端出現(xiàn)翼型張拉裂紋,加載至峰值應(yīng)力附近時(shí)端部出現(xiàn)剪切裂紋并迅速擴(kuò)展使得巖橋貫通,隨后巖體發(fā)生失穩(wěn)破壞。不同種類裂紋萌生時(shí),應(yīng)變場(chǎng)和溫度場(chǎng)均出現(xiàn)不同特征信息演化。

(2)裂隙砂巖應(yīng)變場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差曲線劃分為初始分異、穩(wěn)定分異、加速分異3個(gè)階段,溫度場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)差曲線演化劃分為穩(wěn)定分異和加速分異2個(gè)階段,2個(gè)領(lǐng)域皮爾遜相關(guān)系數(shù)為0.6～0.91之間,呈現(xiàn)為顯著及高度相關(guān)關(guān)系。

(3)應(yīng)變場(chǎng)分異速率曲線在張拉裂紋和剪切裂紋萌生的同時(shí)出現(xiàn)預(yù)警點(diǎn)P1、P2,溫度場(chǎng)分異速率曲線在剪切裂紋出現(xiàn)時(shí)出現(xiàn)預(yù)警點(diǎn)P。3個(gè)預(yù)警點(diǎn)均可作為巖體災(zāi)變預(yù)警信號(hào)。采用2個(gè)領(lǐng)域信息融合方法確定的預(yù)警點(diǎn)可以準(zhǔn)確捕捉巖體加載過(guò)程中關(guān)鍵破裂特征,為裂隙巖體預(yù)警破壞提供新的思路和觀點(diǎn)。