周期荷载下岩石大型三轴试件的变形和强度特性研究

1、 岩 土 力 学 , 年 试 验 并不 是 破 坏 性试 验 和破坏 。 , 经 过 这样 试 验 后 的 试 件可 以 认 为其 内 部 受 到 很 大 损 伤 即 使 受 到 损 伤 的 岩体 。 但 并未解 体 , 对 比第 , 工 阶 段 和 第 亚 阶 段 的 试 验 结 果可 以 看 出 , , 只 要未解 体 、 崩溃 二 若 限 制 其 应 力 水平 则 仍 然 有 可 能 正 常地 承 受 周 期荷 载 应 力水 平对 不 可 逆 变 形 的 影 响 试 件的第 亚 、 夕 , 次 加 一 正 、 阶 段 周 期 荷 载试 验 的 结 果 如 图 同 的 围压 一 二 , 所

2、示 , 。 这 三 个阶段 采 用 相 。 即 、 。 但代 表剪切 应 力水 平的 和 。 二 分别为 。 剪切 应 力 水 后 , 平不 同 , , , 这 三 个 阶 段 的不 可 逆 变 形 量 与 循 环 次 数 的 关 系 五 阶段 , 二 。 一 口 , 二 , 曲线 亦 很 不 相 同 对 于 第 为 一 。 如前所述 当 ” , 曲 线 的 斜 率 基 本 上 为 常值 对于第 。 每 次循 环 的 不 可 逆 变 形 量 仅 , 阶 段 剪 切 应 力 水平 增 加 , , 而每 次 加 荷 卸荷 循 环 所 引起 的 不 可 逆 变 形量 也 有 很 大 的 增 加 ,

3、每一循环达到 了 。 但随着 的 增 加 仍 能 维持 , 常值 第 第 阶段 “ , 剪 切应 力 水 平 增 加 到 ” 由于 其 量值 已与 单块 法 , , 一 试 验 时 的屈 服 值 十 分 接 近 。 , 所以 , 阶段 的 刁 。 关 系 曲 线 出现 了 质 的 变 化 , 在 二 一 次循 环 时 尚 呈 现 出每 一 循 环 的 不 可 逆 变形 量 随 循 环 口几一 口 , 一 口 , 次 数 略有 衰 减 的 征 兆 不过 此 时 的 女 , , , , 每 一循 环 约 , , 为。 二 , 此值 为 第 。 亚 阶 段稳 定 值 的 倍 为 第 工 阶段 的 ,

4、 口 一 口 一 , 护口 倍 。 但 第 次 循环 以 后 到第 随 着 次 数 的增 加 , 。 不 可逆变 , 、 形 则 急剧 发 展 , 次时 此 值 已剧增 到每一循环为 。 最 终导 致 试 件 的 彻 底 破 坏 , 几 二 毛 一 侧 一 石 洲亩一哺厂一畜一州犷 分 析 实 验 结 果 后 我 们 认为 可 能 存 在 一 种 门 槛 值 当 应 力 水平 低 于 此 值 时 不 可逆 变形 量 不 会 随 着循 环 次 图 尸 试 件不 可 逆 变 形 与 数 的 增 加 而加速 增 长 就 迥 然不 同 , 多 当 应力 水 平 高 于此 门 槛 值 后 情 景 应 力

5、水 平 的关 系 循 环 次 数 的 增 长 将 促 使 不 可 逆 变形 的 加 速 增长 服值 相似 , 最 终导 致 试 件 的破 坏 。 这 一 特 征 应 力值 一 一 门 槛值 。 , 低 于 常 规 三 轴试 验 中 的 所 谓 屈 它 们 与 岩 石 的流 变 曲 线 十 分 从图 。 所 示 的 不 可 逆 变 形 量 与循 环 次 数 曲 线 的 形 态 来 看 试 件的第 。 刃 阶 段 周 期 荷 载 试 验 曲 线 与 典型 的岩 石 流 变 曲线 的 第 习尸 阶段 即 加 速 流 。 变 阶段 的 曲线 相 似 相 类似 。 而 试 件 的第 亚 、 阶 段 的

6、曲 线 则 与 岩石 流 变 曲 线 的 等 速 流 变 阶段 图中 。 厅尸 号 试 件 的不 可 逆 变 形 总 量 与 各阶段 循 环 次 数 的 累 计 量 的 关 系 曲 线 见 图 。 标 明 了 对应 的 剪切 应 力水 平 的 。 这 些 实 验 曲 线 与 流变 曲线 的 相 似 性 也 许 并 非 偶 然 “ 如果 将循 环 。 次 数 的增 长 在某 种 含义 上 视 为 时 间增 加 ” , 那 么 前 述 的 两 类 曲线 有 类 似 之 处 是 可 以 理 解 , 当然 , 在 周 期 性 加荷 卸 荷 情 况 下 所 得 到 的强 度 一 一 实 质上 是 代表

7、了一 种 疲 劳 强 度 这种 疲 劳 强 度 与静 态 的 长 期强 度 之 间 有 什 么 联 系 这 两 种 强 度 之 间 的 接近 程 度 如 何 是否 可 能 利 用 比 较快 速 的反复加 荷 卸荷试 验 所 得 到 的 强 度 值去估算 试 验 周 期 很 长 的 静 态 的 长期 强 度 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 期 葛修 润 周 期 荷 载下 岩 石 大 型 三 轴 试 件 的 变 形 和 强 度 特 性 研 究 。

8、这 些 问 题 尚有 待 进 一 步 去 探 索 曰 洲 川 日 训 川 洲 丘 么 忆 一 璐 、 芝 二 。 二 求 , 常 规 试验 , 。 一 , 秘 二 一 合 宫 口 口 。 二 。 吕 打 二 月 图 尸 试件 不 可 逆 轴 向 应 变 与 循 环 次 数 的 关 系 曲 线 三 关于环向 变形 问题 , 当 剪 切 应 力 水平 很 低 时 环 向 变 形 量 是 很 小 的 并 接 近 破 坏时 , 甚 至 可 忽 略不 计 当 剪切 应 力 水 平 很 高 , 环 向 变形 量 很 大 。 , 并且 试件 的上 。 、 中 、 下 各 部 位 的环 向 变形 量 也 很

9、不 相 同 而 剪 切 应 力 接近 破 坏 值 时 , , , , 它 们与 破 坏 发生 在 试 件 的哪 个部 位 有 关 根 据 试 验 中卖测 的环 向 变形 量 和 轴 向 变 形 量 可 以 求 出 相应 的 泊松 系 数 松系 数 突 然 增 大 , 剪 切 应 力 水 平低 时 。 。 , 泊松 系数 值 非 常 小 泊 达到甚至超过 , 对 于 岩体 说 来 泊松 系 数 也 许 并不 是 一 个 常 值 在 试 验 或工 程 监 控 中 特别 是 。 对 于 节 理 或 层 面 发 育 的 岩体 更是 如 此 增 加 而 变动 的 情况 四 一 注 意 观 察 泊 松 系

10、数 随 着 荷 载 之 特 别 是 急 剧 增 长 的 情 况 作 为 岩 体 临 近 破 坏 的 重 要 征 兆是 值 得 重 视 的 加 荷 卸荷 循环 的变 形 发展 规 律 一 。 每 次 加荷 卸荷循 环 的应 力和 应 变 曲线 见 图 一 次 循 环 的滞 后 环 很 大 情况 。 尸 试件 第 。 工 阶 段 周 期荷 载试 验 中 的 第 , 随循 环 次数 增 加 , , , 滞 后 环 逐 步缩 小 。 上 述 的是 剪 切 应 力 水 平 较 低 的 。 当剪 切 应 力水 平 很 高时 情 况 就 完全不 同 , 尸 , 试 件 的 第 丁 阶段 周 期 荷 载试 验

11、 的 剪 滞 后环越 来越大 , , 切 应 力 水平 已 接 近 破 坏 值 因此 随 着 循 环 次数 的增 加 , 值 得 注 意 的是 , 即 , 使 在第 叮 一 阶段 , 滞 后环很大 的情况下 当加 荷 时 剪 切 应 力 水 平 一 , 。 未达到 一 时 应 力 与 应变 仍 然 具 有 良好 的 线 性 关 系 , 且 其 斜 率 与第 。 工 、 、 阶段 的 斜 率 基 本 相 同 , 但当 一 , 值 超过 增加到 后 斜 率 明 显变 缓 , 对 于 第 丁 阶段 的 第 一 次 加 荷 卸荷 循 环 左右 , , 从 , 。 时 的 轴 向应 变 增加 量 为 但

12、 随 着循 环 次数 的 增 加 。 二 相应 于 一 , 为 。 一 区 段 的 轴向 应 变 量 急 剧 增 加 , , 当 时 , 此 值 已增 到 左 右 的 整 个试 件 的 不 可逆 变 形 的 主 要 部分 发生 在 当 一 由 增加到 , 这一 很 小 的 应 力 区间 内 。 巨 大 的滞 后 环 也 是 由于 在 此 应 力 区 间 内 试 件 产 生 很 大 的不 可 逆 变 形 而 形 成 。 这一 现 象 有 力 地 表 明 了存在 有一 个 门槛值 , 对 于周 期 荷 载而 言 过 此 门 槛值 后 不 可逆 变 形 将 急剧 增 长 兆 , 并导致 破坏 。 因

13、此 , , 当 岩 体 处 于周 期 荷 载作 用 时 要 十分 重 视 所谓 的 屈服 征 并应 该 作 为 临 界 状 态 来 控 制 以 避免 岩 体 在 周 期 荷 载下发 生 破 坏 © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 岩 土 力 学 年 五 习尸 关 于 周 期荷毅 作 用 下 的 强 度 问 题 试 件 在 周 期 荷 载作 用 下 当 , 二 时 的 极限 强 度 时 的 极 限强 度 , , 一 约在 , 一 一 “ 之间 。 试件

14、在 周 期 荷 载 作 用下 之间 。 , 当 叮 、一 约在 如 果 以 试 件 的 常 规 静荷 载试 验 中 的屈 服 强 度 作为 对 比 标 准 用 荷 载作 用 下 的 强 度 值 一 则 上 述 两 个试 件 所 得 的周 期 , 一 来 表 示 为 静 载 的 屈 服 强 度值 约 的 、 一 左 右 。 从 周 期荷载 试 验结 果 来 看 , 我 们 认为 进 一 步 探讨 常 规 试 验 所 得 的 强 度 。 流 变试 验 所得 的 , 长 期 强 度 和 周 期 荷 载作 用 下 所 取 得 的 强 度 之 间 的关 系是 很 有意 义 的 它 。 试 验 结 果 表

15、明周期荷 载 下 的 门 槛 值 和 流变 试 验 的 长 期 强 度 值 都 与 常 规 试 验 中 的 屈 服 值 有 着 密 切 的 关 联 因 此 对 于服 务 年 限 很 长 “ , 并略低 于 或 作 用 有 周 期 荷 载 的 许 多 岩体 工 程 中 的 岩 体 强 度 的取 值 问 题 应 。 考虑 以 常规 的 屈服 ” 强 度 为 基 准 并加 以 适 当 的 安 全 储 备 参 考 文 , 献 一 , , , , , , , , , , , , 一 , , 一 , , , 一 要 , , ” ” , ” , , , © 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第 期 葛修 润 周 期 荷 载 下