深部岩体半正弦应力波扰动下的层裂试验研究

摘要

针对深部岩体在应力波扰动作用下所呈现出的层裂破坏现象,基于一维弹性波理论,首先阐明了一个简单的半正弦应力波在单个岩石杆件中的传播机理,并剖析其层裂破坏原理;依据净拉应力与动拉伸强度等特征因子,刻画并表征了其破坏过程。进而,采用SHPB设备开展了岩石杆件的层裂试验,发现层裂后岩石杆件其破坏断口较为齐整,并且与拉伸应力方向基本保持为垂直,属于典型的I型拉伸破坏。并且,层裂长度与理论分析值表征出一致的规律,亦即随着层裂次数增加,岩石杆件断裂的长度将逐渐增大。进一步地分析并揭示了岩石介质发生层裂的根本原因,是由于岩石处于强扰动所致的动力效应与岩石样品自身不均匀性、非线弹性及各向异性所体现出的结构效应而共同作用、相互耦合所引起的。文中所揭示的某些岩石工程破坏行为背后的固有本质,可对岩土工程的精细化开挖与支护设计、岩爆预警与监测等提供相应的理论支撑,其对于深部地下工程的强动力扰动行为与渐进失稳破坏现象,亦有一定的理论指导意义与工程应用前景。