岩样三轴卸围压试验

如题所述

岩体不仅是一种材料,而且还是一个复杂的应力-应变环境。地下工程、边坡工程的开挖实际上就是岩体在某一方面的应力或应变得到释放,从而破坏了原有的力学平衡状态,使岩体产生新的变形,甚至断裂、破碎[1,2]。研究岩体在应力卸载过程中的破坏,对理解地震发生也具有重大的理论意义[3]。值得一提的是,三峡工程永久船闸是在大山体中刻槽开挖形成的,闸室段长1617 m;最大边坡开挖深度170 m,一般在50~120 m;开挖坡度30°至90°,其中闸室槽深为90°。这是举世罕见的长、陡、高的边坡工程。为此开展了大规模的岩石卸荷力学的研究[4~7]

在岩样常规三轴压缩加载后,降低围压以引起岩样屈服破坏的试验方法,通常称为卸围压试验(confining pressure reduction test or confining depressure test),是研究岩石卸荷力学性质的常用方法。利用卸围压试验不仅可以确定岩样的峰值强度、摩擦强度,还可以确定岩石的泊松比参数,值得推荐使用。

在卸围压试验中,文献[2,3]是在保持轴向应力的同时降低围压,文献[8,9]是在增加轴向应力的同时降低围压。在这类以应力作为控制参数的试验中,试验机必须对岩样一直进行轴向压缩。不过保持轴向应力或增加轴向应力,在岩样的破坏过程中是不可能实现的,岩样最终都会由于围压的降低而不能承载轴向载荷,发生崩溃式破坏。以应力作为控制参数的卸荷试验难以了解岩样峰后变形、破坏的全过程。另一方面,岩体工程中如果一个方向的应力降低,岩石产生屈服破坏后,通常应力状态会发生调整,建立新的平衡。这就是说,一个方向应力降低之后,其他方向的应力也会相应降低,而不是增加或者保持不变。岩石破坏是在应力整体降低的过程中发生的。

有鉴于此,在完成国家自然科学基金课题“岩石卸载破碎机理的研究”(课题负责人华安增教授)过程中,进行岩样常规三轴加载后保持轴向变形降低围压的试验。在这种卸荷试验中,试验机轴向不再对岩样压缩作功,岩样的屈服破坏是通过自身储存的弹性变形能来实现的。不仅如此,由于岩样卸载破坏过程中产生侧向变形,岩样内部的弹性应变能还将克服围压对液压油作功。

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