留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

不同卸荷速率下岩石强度变形特性

钱亚俊 武颖利 裴伟伟 朱玥妍

钱亚俊,武颖利,裴伟伟,等. 不同卸荷速率下岩石强度变形特性[J]. 水利水运工程学报,2020(6):48-54 doi:  10.12170/20200428001
引用本文: 钱亚俊,武颖利,裴伟伟,等. 不同卸荷速率下岩石强度变形特性[J]. 水利水运工程学报,2020(6):48-54 doi:  10.12170/20200428001
(QIAN Yajun, WU Yingli, PEI Weiwei, et al. Rock strength and deformation characteristics under different unloading rates[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(6): 48-54. (in Chinese)) doi:  10.12170/20200428001
Citation: (QIAN Yajun, WU Yingli, PEI Weiwei, et al. Rock strength and deformation characteristics under different unloading rates[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(6): 48-54. (in Chinese)) doi:  10.12170/20200428001

不同卸荷速率下岩石强度变形特性

doi: 10.12170/20200428001
基金项目: 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(Y318005)
详细信息
    作者简介:

    钱亚俊(1981—),男,江苏海安人,高级工程师,硕士,主要从事土工数值计算、岩土工程安全监测及除险方法等研究。E-mail: yjqian@nhri.cn

    通讯作者:

    武颖利(E-mail: wuyingli@nhri.cn

  • 中图分类号: TU45

Rock strength and deformation characteristics under different unloading rates

  • 摘要: 岩体工程的开挖本质上是岩体的卸荷过程,不同的卸荷速率会显著影响岩体的强度变形特性,开展相关研究对于岩体工程的安全稳定分析具有重要意义。针对岩石开挖卸荷中各种可能的应力路径,开展了普通三轴压缩试验以及恒主应力差卸围压、恒轴压卸围压、升轴压卸围压的3种卸荷试验,重点分析了不同卸荷速率对开挖卸荷岩体力学特性的影响规律。研究得出主要结论如下:(1)不同卸荷方案、不同卸荷速率的岩样,都具有典型的脆性破坏特征,当围压降低到一定程度时,岩样突然破坏,轴压陡降,环向应变显著增大。(2)当围压卸荷速率较高,岩样临近破坏时,变形模量随围压卸荷比的变化曲线几乎成90°直线下降,泊松比随围压卸荷比的变化曲线几乎成90°直线上升;而卸荷速率较低时,变形模量和泊松比下降/增长的趋势相对较缓。这说明围压卸荷速率越大,岩样脆性破坏特征越显著。(3)3种卸荷方案岩样在不同的卸荷速率下,破坏时的应力状态基本都位于普通三轴压缩Mogi-Coulomb强度包络线的下方,即围压卸荷时的岩样比普通三轴压缩状态的岩样更容易破坏。
  • 图  1  普通三轴压缩试验应力应变曲线

    Figure  1.  Stress-strain curves in general triaxial compression test

    图  2  普通三轴压缩试验结果及拟合

    Figure  2.  Test results and fitting in general triaxial compression test

    图  3  不同卸荷路径及卸荷速率下岩样的应力应变曲线

    Figure  3.  Stress-strain curves of rock samples under different unloading paths and different unloading rates

    图  4  不同卸荷路径及卸荷速率下岩样的变形模量

    Figure  4.  Deformation modulus of rock samples under different unloading paths and different unloading rates

    图  5  不同卸荷路径及卸荷速率下岩样的泊松比

    Figure  5.  Poisson's ratio of rock samples under different unloading paths and different unloading rates

    图  6  不同卸荷速率岩样破坏时的围压

    Figure  6.  Confining pressure of rock samples at different unloading rates

    图  7  不同卸荷速率岩样破坏时的强度

    Figure  7.  Strength of rock samples at different unloading rates

    表  1  试验加卸荷方案

    Table  1.   Test loading and unloading schemes

    试验
    方案
    试样
    编号
    卸荷时初始
    围压/MPa
    卸荷时初始
    轴压/MPa
    围压卸荷速
    率/(MPa·s−1)
    轴压卸荷速
    率/(MPa·s−1)
    试验
    方案
    试样
    编号
    卸荷时初始
    围压/MPa
    卸荷时初始
    轴压/MPa
    围压卸荷速
    率/(MPa·s−1)
    轴压卸荷速
    率/(MPa·s−1)
    方案Ⅰ:普通三
    轴压缩试验
    Ⅰ-1 10 -- -- -- 方案Ⅲ:恒主应
    力差卸围压
    Ⅲ-1 30 89.8 −0.05 −0.05
    Ⅰ-2 20 -- -- -- Ⅲ-2 30 90.2 −0.10 −0.10
    Ⅰ-3 30 -- -- -- Ⅲ-3 30 89.4 −0.25 −0.25
    Ⅰ-4 40 -- -- -- Ⅲ-4 30 89.8 −0.50 −0.50
    Ⅲ-5 30 89.1 −0.85 −0.85
    方案Ⅱ:恒轴
    压卸围压
    Ⅱ-1 30 88.7 −0.05 -- 方案Ⅳ:升轴
    压卸围压
    Ⅳ-1 30 68.6 −0.05 0.25
    Ⅱ-2 30 90.5 −0.10 -- Ⅳ-2 30 62.4 −0.10 0.25
    Ⅱ-3 30 90.9 −0.25 -- Ⅳ-3 30 62.8 −0.25 0.25
    Ⅱ-4 30 89.5 −0.50 -- Ⅳ-4 30 64.7 −0.50 0.25
    Ⅱ-5 30 90.5 −0.85 -- Ⅳ-5 30 64.7 −0.85 0.25
    下载: 导出CSV
  • [1] 李地元, 孙志, 李夕兵, 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[J]. 岩石力学与工程学报,2016,35(增刊2):3449-3457. (LI Diyuan, SUN Zhi, LI Xibing, et al. Mechanical response and failure characteristics of granite under different stress paths in triaxial loading and unloading conditions[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2016, 35(Suppl2): 3449-3457. (in Chinese)
    [2] 张凯, 周辉, 潘鹏志, 等. 不同卸荷速率下岩石强度特性研究[J]. 岩土力学,2010,31(7):2072-2078. (ZHANG Kai, ZHOU Hui, PAN Pengzhi, et al. Characteristics of strength of rocks under different unloading rates[J]. Rock and Soil Mechanics, 2010, 31(7): 2072-2078. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-7598.2010.07.009
    [3] 丛宇, 王在泉, 郑颖人, 等. 不同卸荷路径下大理岩破坏过程能量演化规律[J]. 中南大学学报(自然科学版),2016,47(9):3140-3147. (CONG Yu, WANG Zaiquan, ZHENG Yingren, et al. Energy evolution principle of fracture propagation of marble with different unloading stress paths[J]. Journal of Central South University (Science and Technology), 2016, 47(9): 3140-3147. (in Chinese) doi:  10.11817/j.issn.1672-7207.2016.09.031
    [4] 李地元, 谢涛, 李夕兵, 等. Mogi-Coulomb强度准则应用于岩石三轴卸荷破坏试验的研究[J]. 科技导报,2015,33(19):84-90. (LI Diyuan, XIE Tao, LI Xibing, et al. On the Mogi-Coulomb strength criterion as applied to rock triaxial unloading test[J]. Science & Technology Review, 2015, 33(19): 84-90. (in Chinese) doi:  10.3981/j.issn.1000-7857.2015.19.014
    [5] 姚吉康, 王志亮. 华山花岗岩力学特性及能量演化规律研究[J]. 水利水运工程学报,2018(3):78-85. (YAO Jikang, WANG Zhiliang. Study on mechanical property and energy evolution law of Huashan granite[J]. Hydro-Science and Engineering, 2018(3): 78-85. (in Chinese)
    [6] 杨圣奇, 徐卫亚, 苏承东. 大理岩三轴压缩变形破坏与能量特征研究[J]. 工程力学,2007,24(1):136-142. (YANG Shengqi, XU Weiya, SU Chengdong. Study on the deformation failure and energy properties of marble specimen under triaxial compression[J]. Engineering Mechanics, 2007, 24(1): 136-142. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-4750.2007.01.023
    [7] 李新平, 肖桃李, 汪斌, 等. 锦屏二级水电站大理岩不同应力路径下加卸载试验研究[J]. 岩石力学与工程学报,2012,31(5):882-889. (LI Xinping, XIAO Taoli, WANG Bin, et al. Experimental study of Jinping II hydropower station marble under loading and unloading stress paths[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2012, 31(5): 882-889. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-6915.2012.05.003
    [8] 黄润秋, 黄达. 高地应力条件下卸荷速率对锦屏大理岩力学特性影响规律试验研究[J]. 岩石力学与工程学报,2010,29(1):21-33. (HUANG Runqiu, HUANG Da. Experimental research on affection laws of unloading rates on mechanical properties of Jinping marble under high geostress[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2010, 29(1): 21-33. (in Chinese)
    [9] 王乐华, 牛草原, 张冰祎, 等. 不同应力路径下深埋软岩力学特性试验研究[J]. 岩石力学与工程学报,2019,38(5):973-981. (WANG Lehua, NIU Caoyuan, ZHANG Bingyi, et al. Experimental study on mechanical properties of deep-buried soft rock under different stress paths[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2019, 38(5): 973-981. (in Chinese)
    [10] 邓华锋, 王哲, 李建林, 等. 卸荷速率和孔隙水压力对砂岩卸荷特性影响研究[J]. 岩土工程学报,2017,39(11):1976-1983. (DENG Huafeng, WANG Zhe, LI Jianlin, et al. Effect of unloading rate and pore water pressure on mechanical properties of sandstone[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2017, 39(11): 1976-1983. (in Chinese) doi:  10.11779/CJGE201711004
    [11] HUANG D, LI Y R. Conversion of strain energy in triaxial unloading tests on marble[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 2014, 66: 160-168. doi:  10.1016/j.ijrmms.2013.12.001
    [12] ZONG Y J, HAN L J, WEI J J, et al. Mechanical and damage evolution properties of sandstone under triaxial compression[J]. International Journal of Mining Science and Technology, 2016, 26(4): 601-607. doi:  10.1016/j.ijmst.2016.05.011
    [13] LI J L, WANG L H, WANG X X, et al. Research on unloading nonlinear mechanical characteristics of jointed rock masses[J]. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 2010, 2(4): 357-364.
    [14] 章航, 王志亮, 卢志堂, 等. 循环冲击荷载下花岗岩力学特性尺寸效应[J]. 水利水运工程学报,2020(2):107-115. (ZHANG Hang, WANG Zhiliang, LU Zhitang, et al. Size effect of mechanical properties of granite under cyclic impact loading[J]. Hydro-Science and Engineering, 2020(2): 107-115. (in Chinese)
    [15] 黄佑鹏, 王志亮, 毕程程. 岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析[J]. 水利水运工程学报,2018(5):95-102. (HUANG Youpeng, WANG Zhiliang, BI Chengcheng. Simulation analysis of blast-induced damage scope and its distribution characteristics of rocks[J]. Hydro-Science and Engineering, 2018(5): 95-102. (in Chinese)
    [16] 吕颖慧, 刘泉声, 江浩. 基于高应力下花岗岩卸荷试验的力学变形特性研究[J]. 岩土力学,2010,31(2):337-344. (LÜ Yinghui, LIU Quansheng, JIANG Hao. Study of mechanical deformation characteristics of granite in unloading experiments of high stress[J]. Rock and Soil Mechanics, 2010, 31(2): 337-344. (in Chinese) doi:  10.3969/j.issn.1000-7598.2010.02.001
    [17] 张黎明, 王在泉, 石磊. 硬质岩石卸荷破坏特性试验研究[J]. 岩石力学与工程学报,2011,30(10):2012-2018. (ZHANG Liming, WANG Zaiquan, SHI Lei. Experimental study of hard rock failure characteristic under unloading condition[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2011, 30(10): 2012-2018. (in Chinese)
    [18] 高春玉, 徐进, 何鹏, 等. 大理岩加卸载力学特性的研究[J]. 岩石力学与工程学报,2005,24(3):456-460. (GAO Chunyu, XU Jin, HE Peng, et al. Study on mechanical properties of marble under loading and unloading conditions[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, 24(3): 456-460. (in Chinese) doi:  10.3321/j.issn:1000-6915.2005.03.015
  • [1] 詹懿德, 汪发祥, 佘恬钰, 沈佳轶, 吕庆.  考虑围压效应的块状节理岩体变形破坏数值模拟 . 水利水运工程学报, 2022, (4): 70-76. doi: 10.12170/20211220002
    [2] 欧阳幼玲, 傅勇明, 钱文勋, 陈迅捷, 陈思兴.  真空脱水工艺下的混凝土性能 . 水利水运工程学报, 2022, (3): 66-73. doi: 10.12170/20210618001
    [3] 杨艳娟, 陈跃浩, 陈思宁, 熊明明.  海河流域旱涝急转事件的时空演变特征 . 水利水运工程学报, 2021, (6): 1-10. doi: 10.12170/20210114001
    [4] 王浩然, 王志亮, 王星辰.  含缺陷岩样三轴压缩变形破坏过程颗粒流模拟 . 水利水运工程学报, 2021, (4): 46-53. doi: 10.12170/20200912001
    [5] 张丰, 白银, 蔡跃波.  新型低温早强剂的制备与性能研究 . 水利水运工程学报, 2020, (2): 36-45. doi: 10.12170/20190320003
    [6] 夏家南, 梁彬, 汤书明, 朱俊高.  土工布包裹对粗粒料三轴试验的影响研究 . 水利水运工程学报, 2018, (5): 76-81. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.05.011
    [7] 黄佑鹏, 王志亮, 毕程程.  岩石爆破损伤范围及损伤分布特征模拟分析 . 水利水运工程学报, 2018, (5): 95-102. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2018.05.014
    [8] 杨乃鑫, 陈灯红, 彭刚, 肖杰, 徐童淋.  循环荷载后围压水对混凝土力学特性影响 . 水利水运工程学报, 2017, (4): 89-96. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.04.013
    [9] 宋迎俊, 许雷, 鲁洋, 钱智宇, 张雨灼, 李剑萍.  基于正交设计的膨胀土冻融循环试验研究 . 水利水运工程学报, 2017, (2): 51-58. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.02.007
    [10] 马福荣, 张信贵, 易念平.  取样卸荷对膨胀性泥岩强度与变形特性影响的试验研究 . 水利水运工程学报, 2017, (5): 109-116. doi: 10.16198/j.cnki.1009-640X.2017.05.016
    [11] 杨超, 党发宁, 薛海斌, 任劼.  河谷形状对沥青混凝土心墙坝变形特性的影响 . 水利水运工程学报, 2016, (4): 54-62.
    [12] 焦凯, 党发宁, 谢凯军.  膨润土与水泥掺比对塑性混凝土变形特性的影响 . 水利水运工程学报, 2016, (4): 76-84.
    [13] 李小梅, 关云飞, 凌华, 武颖利.  考虑级配影响的堆石料强度与变形特性 . 水利水运工程学报, 2016, (4): 32-39.
    [14] 张慧.  淤泥-稻壳灰基胶凝材料试验研究 . 水利水运工程学报, 2015, (4): 75-80.
    [15] 徐锴, 范明桥, 林生法, 付冠杰, 魏雁冰.  浙江玉环漩门三期吹填淤泥的工程特性 . 水利水运工程学报, 2015, (1): 89-95.
    [16] 陈达,庄宁,廖迎娣,黄辉.  水泥土力学特性随龄期发展规律试验研究 . 水利水运工程学报, 2012, (1): 26-29.
    [17] 刘宏泰,张爱军,段涛,连江波,董晓宏.  干湿循环对重塑黄土强度和渗透性的影响 . 水利水运工程学报, 2010, (4): -.
    [18] 郑丹,李文伟.  不同级配混凝土拉压多轴强度的断裂力学分析 . 水利水运工程学报, 2010, (4): -.
    [19] 张士辰,李雷.  粗砂渗透系数与抗渗强度概型分布 . 水利水运工程学报, 2004, (3): 58-61.
    [20] 魏汝龙.  正常压密粘性土在开挖卸荷后的不排水抗剪强度 . 水利水运工程学报, 1984, (4): -.
  • 加载中
图(7) / 表 (1)
计量
  • 文章访问数:  530
  • HTML全文浏览量:  183
  • PDF下载量:  38
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-28
  • 网络出版日期:  2020-09-03
  • 刊出日期:  2020-12-25

/

返回文章
返回