侧限下原状碎裂岩样压缩变形响应的解析计算原理与方法

摘要

碎裂岩是发育于强烈构造地带的软弱性或松弛性特殊类岩体,扰动或弱约束对其工程力学特性影响极大。然而,碎裂岩原状样取样困难,且室内难以准确测得其力学性能参数。为此,采用研发的原状碎裂岩现场取样与制样装置及方法,将取得的碎裂岩原状样进行侧限下的压缩变形响应试验,建立侧限圆筒内、外壁轴向剪应力线性分布假设下的计算模型,推导得到高应力侧限压缩下碎裂岩综合压缩模量和等效泊松比的解析解,同时进行碎裂岩侧限压缩数值试验及现场承压板试验。结果表明:钢筒内试样的声波波速与取样点处的声波波速相比差异不超5%,带刃脚钢筒器具取得的碎裂岩原状样基本保持了其原位的结构特征;不同高度测点轴向应变计算值和实测值平均相差不超6.43%,验证了计算模型轴向剪应力线性分布假设的合理性;现场实测变形模量与解析压缩模量之比在岩石压力小于15.80 MPa和大于15.80 MPa时分别为0.17和0.36;解析计算得到的综合压缩模量和泊松比与数值解平均相对差值分别为5.68%和4.18%,验证了侧限下原状碎裂岩样压缩变形响应解析计算方法的可靠性。研究成果为碎裂岩力学性能测试提供了一种有效的方法,对指导碎裂岩地区工程建设具有重要的理论和实践价值。