加卸載圍壓條件下巖石峰后力學(xué)特性試驗研究.pdf

1、巖石的峰后力學(xué)特性對充分發(fā)揮巖體的承載力以維持地下工程的穩(wěn)定性、揭示巖體中塑性區(qū)的演化發(fā)展及巖體工程支護優(yōu)化設(shè)計起著關(guān)鍵作用。因此，研究加卸載圍壓條件下巖石峰后力學(xué)性質(zhì)對工程設(shè)計有著非常重要的意義。本文通過對巖樣在殘余強度階段的加卸載圍壓試驗，研究巖石峰后的力學(xué)特性，提出了峰后彈性滑移力學(xué)機理，并據(jù)此建立了數(shù)值分析模型，對隧道圍巖變形進行數(shù)值分析。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：
　?。?）常規(guī)三軸試驗中巖石殘余強度的大小受峰值強度和圍壓

2、的影響，在低圍壓下表現(xiàn)更強的圍壓敏感性；這是由于低圍壓下破裂面間只有少量接觸，作用力較小，隨著圍壓的增大，接觸面逐漸變得規(guī)整且面積增大，接觸作用增強，應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系也由脆性跌落向塑性滑移轉(zhuǎn)變；頁巖峰值至殘余階段主要發(fā)生的是內(nèi)聚力的喪失過程，而內(nèi)摩擦角弱化量很小。
　?。?）殘余階段加卸載圍壓試驗中，卸載圍壓對殘余階段力學(xué)特性的影響在多次卸載-多次加載圍壓、多次卸載-一次加載圍壓和循環(huán)加卸載圍壓這三種試驗方案中具有相同的規(guī)律，即在軸

3、向應(yīng)力處于初始殘余階段限定軸向位移不變，當圍壓以均勻的速度卸載時，軸向應(yīng)力也相應(yīng)地均勻降低；卸載圍壓至設(shè)定值后，軸向應(yīng)力在施加軸向位移荷載后保持基本穩(wěn)定，軸向應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系呈現(xiàn)塑性變形特征。
　?。?）加載圍壓后，軸向應(yīng)力-應(yīng)變曲線可分為三個階段，第一是在限定軸向位移情況下加載圍壓時軸向應(yīng)力隨圍壓增加而增大的軸向應(yīng)力恢復(fù)階段，第二是穩(wěn)定圍壓后施加軸向位移荷載時軸向應(yīng)力-應(yīng)變具有與峰前相同的線彈性變形階段，第三是當軸向應(yīng)力達到殘余應(yīng)

4、力時產(chǎn)生的彈性滑移變形階段。
　?。?）殘余階段的力學(xué)機理可以簡化為彈性巖石塊體沿破裂面的摩擦滑移變形。
　?。?）基于巖石殘余階段的彈性滑移作用機理，提出了巖石峰后單結(jié)構(gòu)面的彈性滑移模型，并通過ANSYS的接觸單元模擬峰后破裂面間的摩擦滑移作用；模擬了不同圍壓下三軸壓縮試驗過程，結(jié)果表明模型與實際試驗具有較好的擬合性。
　?。?）基于峰后彈性滑移模型，用ANSYS模擬的隧道圍巖變形能夠很好地反映隧道圍巖的變形特性。巖