干–酸侵蚀下深地白砂岩动静态损伤特性研究

摘要

保证地下开采作业的安全性,事关工程人员生命财产重大问题。以岩体损伤为研究立足点,提出“三试一模”多方位岩体损伤机制研究方法:从干-酸侵蚀、一维冲击、单轴压缩三个试验角度探讨白砂岩损伤过程中岩体的能量、物理力学参数等演化劣化规律,并构建岩体损伤统计本构模型,以进行损伤劣化验证。结果表明:(1)干-酸侵蚀环境中,岩体损伤率由初期反应平缓到初中期、中后期反应加剧,后期反应逐渐殆尽,损伤反应基本与氢离子浓度指数成正比。(2)冲击后,岩体的峰值应力、弹性模量随着干-酸侵蚀次数的增加呈降低趋势,整体上损伤表现为软化现象;侵蚀后期2项力学指标整体上的变化速率呈上升趋势,岩体损伤劣化加剧。(3)单轴压缩下,岩体随着轴向荷载的加重,弹性势能随之增大,其能量增长速率不明显,在轴向荷载80 kN左右处,弹性势能占总能量的比例最小;岩体塑性耗散能呈非线性增长趋势:在早期的3个阶段,塑性耗散能占总能量的比例变小,到后期塑性阶段即临近损伤破坏时,塑性耗散能占比呈增长趋势。(4)假定白砂岩的岩体强度遵循Weibull分布,构建可较好地反映白砂岩残余强度的岩体损伤统计本构模型,并借助单轴压缩试验结果对该模型的准确性进行有效验证。本研究方法较为系统,研究内容非常丰富,成果极大地提高了岩石深部开采安全性,为地下岩体开采作业的损伤研究提供了新的思路。