岩石峰后扩容特性及本构模型的

岩石峰后扩容特性及扩容模型的探讨摘要：由许多文献中岩石试验结果发现，岩石峰后扩容明显大于峰前，对地下岩石工程有很大影响。然而，现阶段对岩石峰后扩容的研究不成熟。本文采用扩容角这一定义，讨论了岩石可塑性和围压对岩石扩容的影响。笔者认为，岩石可塑性和围压对岩石扩容影响是有律可循的，影响岩石扩容的主要参数可塑性和围压可以通过扩容角函数得到体现，建立岩石扩容模型。关键词：岩石扩容；峰后；塑性软化；可塑性；围压STUDYOFTHEROCKDILATANCYCHARACTERISTICANDDILATANCYMODELAFTERTHEPEAKSTRENGTHAbstract：Weknowthattherockdilatancyafterthepeakstrengthgreaterthanbefore,byconsultingmanyliteratures.Thedilatancyhasverylargeeffectinundergroundrockengineering.Nevertheless,thestudyofthedilatancyafterthepeakstrengthisimmature.Forthesakeofthestudyofhowtherockplasticityandconfiningpressureeffectsrockdilatancy,wemadeuseofthedilatancycornerinourstudy.Wefound,therockdilatancycanbeembodiedbydilatancycorner,whichcontainthemostlydilatancyparameter–theplasticityandconfiningpressure.Finally,wecanfoundtherockdilatancymodel.Keywords：dilatancy；afterthepeakstrength；plasticity；confiningpressure；引言在岩石工程和岩石力学试验中，会遇到岩石受压后体积膨胀的现象，即扩容现象。由于该膨胀主要是剪切变形引起的，因此在根本上与“剪胀”的意义相同，故又称之为剪胀现象[1,2,3]。对于地下井巷工程，由于开挖引起岩石卸载，最小主应力（一般是径向应力）降低。虽然远离井巷增加,但至多达到原岩应力。在目前开采水平下，若巷道埋深1000米，原岩应力约25MPa；而且，在原岩应力处的应力差值不会很大。可见，巷道周围岩石实际所受到的围压远小于脆-延性转化的临界围压值。说明，对于巷道围岩，岩石破坏后的主要变形特征是应变软化，岩石扩容主要发生在峰值应力后的软化阶段[4]。翠虽然已经认识望到了岩石峰后保扩容俭的重要意义和杜应用价值，也届开展了许多的访研究工作，取枪得了一些法成果，但从目隶前研究现状级看，对岩石峰感后破裂过程和刻破裂后亦岩石扩容支特性没有足够偷的认识，搞不肉清楚占岩石扩容豪的形成和活动密规律。因此，惭有必要犹对岩石峰后片扩容让特性剂和扩容模型进毒行研究探讨。粉岩石扩容模型磁的探讨拌从许多实验分淘析和理论研究猛中可以得知，悄扩容性非常依犁赖于揉岩石蝇材料泄性质父和应力债状态，此外，烈也表明尺寸对默扩容起了一个席不可忽略的作宽用台[5,6]艺。沉为了解决岩石吵破坏后岩石力此学问题，准确服计算扩容是非惩常重要的，如充模拟地下巷道苦的实际工程问胁题，还有如剪滴切带方向等理针论问题。这说该明推倒一个理旺论方法是很重肃要的。乒扩容角普就是一个有足硬够意义姑且礼十分简单公式道化茂了的扩容模型阿。这个扩容角氧可以体现漠扩容的依赖性驰，而且能够容滩易地用数字符如号表示。扩容度角能够描述在跃压缩实验中岩救石变形行为特剃征。岩石可塑久性和围压对岩但石扩容显著影馋响银可以得到体现违，同时，岩石吧尺寸对扩容仙的中影响侧也能间接反映乔出来东。瓦岩石扩容的尺余寸效应间接包秤含在扩容角公辩式中，在此不猾作特别讨论贼[绞6,7,抵8忧]很。荡扩容角盼是一个描述扩创容材料变形特址征的合适参数床，因为它把可拖塑性剪应变描递绘成为可塑性末体积变化率。蚀扩容角同样定舍义了岩石或岩析体随着破坏质产生的体积增纯加或体积膨胀套。蛋很多富作者提出下列是等式来确定扩牢容角的更一般文表达式隶[陆6铁]希：弓出(1)批那搞式中格为扩容悦角这,觉是轴向塑性应益变，细是体积应变。唯对于深部地向注井巷工程，影木响围岩塑性区患岩石扩容的主歼要参数是岩石灿的可塑性和围受岩压力，扩容置角中必须要包循含可塑性参数拳和围压。为此廊，下面主要针两对岩石可塑性蛮和围压对岩石慨扩容影响进行棋讨论，探讨扩险容模型。茶岩石扩容与岩枪石示可塑性拿Duncan蛋Fama辅及其他火学者麦给出了应变软缩化模型和修正胃的漆Hoek天和臂Brown炒破坏准则赠，墙修正的节Hoek顾和肯Brown振破坏准则通过袄软化参数按照央可塑性水平引鲁入了芽可塑性参数痒。在用扩容角善对岩石扩容进骂行讨论时，定赏义了岩石塑性递扩容因子纹K折ψ设来表征岩石的仁扩容状态。它冻是可塑性参数谱的函数。远下面我们对等讯围压进行讨论竹[喷6,7迁]洒。帐对于坚标准三轴试验哪，显然，在均桑匀变形情况下收，严和拼,席因此，可由窄公爱式圆(1查)补可倾得到猎如下形式叼戏链（僵2叠）恼又扩容因子有求如下表达式如[6]挺乖剪私（也3沃）暂由公式巡（顺2写）和术（葵3盖）可得岛灌遮鸽（膝4失）晚通过式算（叹4岔），岩石扩容甲与可塑性参数魔值之间的惩有函数对应关砌系中。下面是螺由赶MTS815共.02某S略型电液伺服岩设石力学实验系晨统得到的不同颗围压下委某工程中逗底板泥岩轴向伞应屠力乳-剃应变曲线和径宫向应贺变塑-仔轴向应变曲线尾[菌4豆]荣。我们通过试妻验结果来分析赏岩石扩容与岩负石可塑性之间炼的关系。继图叙1黑不同围压下底剧板复泥岩的全应力图应变曲线轻F葛ig.l袍C领omplet舒eradi叮alstr社ain-ax夕ialst旺rainc依urveo酷fthe止solepl腊atemu遵dstone素atdi将fferc签onfini兼ngpre尘ssure验图圆2南汽不同围压下径傲向丛应哗变芹-妈轴向应变曲线属F紫ig.2兵C脱omplet射e粱radial线strai扰n-axia马lstra下in秤curve耗ofthe允solep匀latem木udston宗eatd盏iffer歌confin预ingpr狐essure莫不同围压下全景应燥力按-搅应变曲线，如斗图份1绪。分析图中曲车线可以看出，肚围压达桌到厦30树MPa呈时，底板泥岩旁接近于理想塑吓性状态。可以帖发现，在一般民的地下岩石工严程中原岩应力古小于这一数值院，所以在通常宾情况下，巷道茧围岩处于塑性阻应变软化状态松。因此，必须意讨论不同羡可塑性资对扩容的影响简。贱图勇2型是不同围压下京径向应解变贤-蚊轴向应变曲线挪。岩石在软化妇阶段的径向应壁变明显大于轴甲向应变，且在叮此试验数据中浮，峰后径向应青变与轴向应变腥近似成线性变考化关系，即在揉同一种围压下蚁的塑性软化阶扬段，筒近似为一常数音，围压不同时窄，蜜值也不同。因华此，可以认为宵在同一种围压确下的塑性软化扑变形阶段，岩悄石廉可塑性受不变，岩石的重扩容不受胖可鱼塑性影响；当逝围压不同时，出可塑性苏发生了变化，天影响岩石扩容登。惨也就是说，岩赏石可塑性不是骑单独影响岩石朗扩容，而是和尤围压一起影响失岩石的扩容状眨态。需在此说明，岩个石可塑性参数蝇不同于塑性软暂化参数锡，在相同围压弱下的塑性软化调阶段，软化参别数随岩石扩容凉程度会发生变梯化。尖4牧吃岩石扩容与围驳压裳岩石扩容是由喊于应力作用产卧生的，不同应滚力状布态下岩石扩容角有很大差别课[5]撤。皮在戒图痕2奏中看到，不同缸围压下的径向迁应猾变直-散轴向应变曲线勒应变软化段是攻近似直线的关浑系，通过拖公式候（接2流）、妙（渣3湾）和搜（华4瓶）饱得到饥表呈1闪。即在等围压稀下岩石峰后的盟扩容角旨和塑性扩容因然子壮K念ψ彩均为常数。不返同围压下岩石煎峰后的径向应移变户-垫轴向应变曲线闯值不同，得到怨的扩容角和塑姐性因子也不同纯。研图最3斯拣不同围压下体许积应琴变校-涂轴向应力曲线窗F氏ig.3钢Comple杀tevol守umetri撑cstra言in-axi区alstr卷aincu毕rveof齿thes继olepla悟temud曲stone系atdif炎ferco步nfinin宽gpres融sure垂表锋1秩浪不同围压下扩氏容参数值轮T伍able1解Dilat锡ionpa繁ramete凉rvalu可eatd汗iffer勉confin洪ingpr米essure粒围压悄5盲10邀15娃30达-0.6细8献-1.2未5澡-1.03顺-0.9胆7袜扩容角扭8.77仙25.38送20.27助18.65珍扩容因子世K丸ψ在1.3窝6江2.膛50翁2.0学6以1.9旬4昨从亦图锯1浮、既图观2许和纺表监1幼中分析，除围达压帝为年5MP崭a钻外，岩石扩容盼随围压增加而症减少。围压淘为抛5MP暖a搏时，岩石破坏固接近于脆性，锅峰后淘应力从峰值强竭度直接跌至残邻余强度，眼不属于塑性软致化变形底。我们可以从跃其愉它衣3英个不同围压实评验得到岩石成软化阶段的扩虹容全变化规律江，即信岩石扩容角和弟扩容因子随围邀压的增大而减遣小。姐图睛3梳是不同围压下昼体积应逮变打-汇轴向应变曲线扎。岩石扩容的翼起始点随围压虎的增加所需要同的轴向应变也撞增加，岩石扩偶容率随围压的漆增加而减小。畏扩容角就是表雄征扩容率的参幅数，我们可以营从大表贝1怨看出。坝从以上讨论中惰我们可以知道卧，岩石扩容角稠是可塑性参数脂和围压的函数榆，它们之间存应在的关系可以售用侵函数表达。本炉文中由于试验央数据不多，无司法推出其表达售式。但得到的仅结论程具贞有参考价值。5结论捡等围压时，岩贯石峰后扩容特揉性主要受岩石西可塑性和围压堆影响，可以通游过扩容角体现凤。铁岩石可塑性越趁强，岩石的扩臂容越明显。池岩石峰后扩容汉随围压增大而最减小，且围压列对岩石可塑性失也有显著影响沟。贯岩石扩容角是丙可塑性参数和悬围压的函数，菊在数据充蹄分的情况下，箱可以却推得佳岩石峰后扩容公模型劲。教参考文写献盒(Refer灶ences谁)灌：雕[1]劣归靖洪文告,租李世劈平溉.者预零围压下岩石多剪胀性能的试管验研购究表[J].景俊中国矿业大学题学火报豆.跃1998浮,2粘7广（笨1晨）瑞：余19-22.古[2]敢靖洪文静,守许国安马,缝谢述新翼等朗.变不同围压下大栽理岩剪胀试验各研究鱼[J]们.沃河海大学学释报啊.皇2001仍,29啦(缝增帮刊或):31-办33.择[3]免靖洪文青.堵峰后岩石剪胀冈性能试验研究埋[J]般.柴润岩土力笨学龟.单2003铅,24(1种):93-右97.劳[4]站册李学晓帜.肝阻岩石峰后力学古特性及其损伤暴软化模型的研巴究与应顷用臭[妨博士论挡文谋D].侵棕北滋京归.复访中国矿业大工学摧.1995斩.货[颜5倾]蚕串瓦许东注俊羡,烛讨李小蛇春励,鞭佣蔡忠笨理池.记结应力状态与岩容石扩容特饰性且[J].微轨岩土力奥学残.1992菌,13(2全,3):3愈7-44.窜[6]纯情L.R.A哪lejano日,E.A急lonso旨.妈Consid溪eratio挡nsof而thedi品latanc券yangl镰einr鞭ocksa啄ndroc场kmass疗es仍.味Intern超ationa横lJour雁nalof稿Rock慕Mechan帜ics&碍Mining帜Scien糊ces和.肥拨2005.妙42(20搂05)肝:呜481慕-碧507介.难[7]记Shih-C撑heYua尚n,J.P记