三轴压缩条件下北山花岗岩的力学特性及破裂演化

摘要

岩石在荷载作用下会产生破裂损伤,力学特性发生退化。为研究北山花岗岩在三轴压缩状态下的力学特性和破裂演化机制,采用MTS815 Flex Test GT和PCI-2声发射（AE）系统对北山花岗岩试样进行了三轴压缩试验,利用采集的声发射信号分析了试样的破裂演化机制,获得了北山花岗岩变形参数,并拟合得到了MohrCoulomb强度准则参数φ=53.25°,c=32.37 MPa,Hoek-Brown强度准则参数σc=173.23 MPa,mi=32.78,s=1,其中参数mi在低围压区间敏感性较强,在高围压区间拟合效果较好。试验结果表明：北山花岗岩的弹性模量与泊松比均随围压的增大呈非线性增长,当围压超过20 MPa时,泊松比趋于稳定;北山花岗岩三轴压缩应力-应变曲线峰前段主要分为初始压密、弹性变形、裂纹稳定扩展和裂纹非稳定扩展4个阶段;基于体积应变模型和体积应变法求得了各阶段分界点的特征应力,即裂隙闭合应力、起裂应力和裂纹损伤应力,特征应力均随围压增加而增大,起裂应力比为0.56-0.58,闭合应力比为0.32-0.44,损伤应力比0.73-0.87;试样的破坏形态主要为单面剪切破坏,且破裂角随围压增加而逐渐减小,低围压下张性劈裂对岩石破坏具有一定的影响,随着围压升高,劈裂成分逐渐减小破裂面趋于平整。