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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
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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

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