花岗岩快速卸载破坏特性的真三轴试验研究

摘要

随着我国西气东输、南水北调、水利水电等大型工程的实施，地下洞室群和隧洞被广泛兴建。地下工程中因突然卸除第三主应力（如地下工程中全断面钻爆法开挖或支护突然失效）导致的围岩破坏经常发生，而目前关于真三轴条件下岩石卸荷力学特性和破坏模式的研究仍处于起步阶段，因此有必要进一步开展真三轴条件下的岩石卸荷破坏特性的研究。针对以上问题，本文利用广西大学的真三轴岩爆试验系统开展了不同第一主应力、不同第二主应力、不同第三主应力条件下花岗岩岩样的真三轴快速卸载第三主应力试验，在试验前后对岩样进行超声波波速测试，对试验过程中的声发射信号进行监测，并利用高速摄像机、数码相机记录卸载后岩样的破坏过程。通过分析各试验岩样的破坏过程、破坏形态以及应力、声发射撞击数、累积绝对能量与应变的关系，得到以下结论:
　　(1)第一主应力大小对真三轴条件下快速卸载第三主应力的花岗岩岩样的破坏过程、破坏形态及破坏模式有显著影响。在相同的第二主应力和第三主应力条件下，随着第一主应力的增大，岩样的破坏过程越来越剧烈，动力特征越来越显著;岩样的破坏形态越来越复杂，从无明显破坏过渡到单一的张性破裂再到复杂的分区破坏，破坏程度随越来越高;岩样破坏模式从损伤到板裂再到岩爆依次过渡。
　　(2)第二主应力大小对真三轴条件下快速卸载第三主应力的花岗岩岩样的破坏过程、破坏形态以及破坏模式有重要影响。在σ1=250MPa、σ2≤70MPa、σ3=10MPa的条件下，随着第二主应力的增大，岩样破坏过程的剧烈程度降低，动力特征越来越不明显;岩样的破坏形态由复杂的分区破坏到单一的张性破裂再到无明显破坏过渡，破坏程度逐渐降低;岩样的破坏模式从岩爆到板裂再到损伤依次过渡。
　　(3)真三轴条件下快速卸载第三主应力的花岗岩岩样的破坏过程、破坏形态以及破坏模式对第三主应力大小非常敏感。在给定的第一主应力和第二主应力水平下，存在合适的σ3c使得岩样的破坏受到一定的抑制，破坏模式表现为无明显弹射破坏现象的损伤破坏。也就是说，随着第三主应力的增大，岩样的破坏模式由板裂或岩爆到损伤再到岩爆过渡。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题依据及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 常规三轴条件下岩石卸载试验

1．2．2 真三轴条件下岩石卸载试验

1．3 目前研究存在的问题

1．4 研究内容、方法及技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

1．4．3 技术路线

第二章 试验设备与试验设计

2．1 引言

2．2 试验设备

2．2．1 真三轴岩爆试验系统

2．2．2 超声波测量设备

2．3 试验加卸载路径

2．4 岩样制备

2．5 小结

第三章 不同第一主应力条件下的花岗岩真三轴快速卸载试验

3．1 引言

3．2 试验方案

3．3 试验结果及分析

3．3．1 岩样破坏过程

3．3．2 母岩破坏形态

3．3．3 声发射演化规律

3．4 小结

第四章 不同第二主应力条件下的花岗岩真三轴快速卸载试验

4．1 引言

4．2 试验方案

4．3 试验结果及分析

4．3．1 岩样破坏过程

4．3．2 母岩破坏形态

4．3．3 声发射演化规律分析

4．4 小结

第五章 不同第三主应力条件下的花岗岩真三轴快速卸载试验

5．1 引言

5．2 试验方案

5．3 试验结果及分析

5．3．1 岩样破坏过程

5．3．2 母岩破坏形态

5．3．3 声发射演化规律分析

5．4 小结

第六章 真三轴卸载条件下不同主应力对花岗岩岩样破坏模式的影响

6．1 引言

6．2 真三轴卸载条件下花岗岩岩样的破坏模式

6．3 第一主应力对岩样破坏模式的影响

6．4 第二主应力对岩样破坏模式的影响

6．5 第三主应力对岩样破坏模式的影响

6．6 小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

论文发表及参加科研项目情况