加卸荷應(yīng)力路徑下大理巖變形破壞過程聲發(fā)射特征與本構(gòu)模型研究.pdf

1、巖體在形成過程和漫長的地質(zhì)作用下具有初始損傷，是一種典型的非均質(zhì)材料。地下工程開挖使巖體處于復(fù)雜的加卸荷受力狀態(tài)下，內(nèi)部損傷不斷累積，微裂隙不斷擴(kuò)展、積聚，并最終貫通，巖體發(fā)生宏觀破壞。加卸荷路徑下巖石破壞機(jī)理、破壞前兆信息的研究，對巖體工程設(shè)計有重要的指導(dǎo)意義。 本文開展大理巖加卸荷破壞試驗，分析了不同加卸荷應(yīng)力路徑下大理巖變形破壞各階段應(yīng)力特征，初步探索了巖石破壞前兆的聲發(fā)射參數(shù)變化，建立了損傷本構(gòu)模型。論文主要內(nèi)容如下:<

2、br>　　(1)基于大理巖常規(guī)三軸加荷與卸荷試驗結(jié)果，分析加卸荷應(yīng)力路徑下大理巖破壞過程各階段特征應(yīng)力及剪脹角ψ在變形破壞過程中的變化規(guī)律。相同卸荷速率條件下，壓密應(yīng)力對應(yīng)的環(huán)向應(yīng)變、體積應(yīng)變隨圍壓的增大而減小，起裂應(yīng)力及擴(kuò)容應(yīng)力隨圍壓增大而增大，加卸荷應(yīng)力路徑下擴(kuò)容應(yīng)力對應(yīng)的環(huán)向應(yīng)變均穩(wěn)定在(-0.0004±0.0001)范圍內(nèi)。大理巖卸荷破壞的剪脹角在卸圍壓后先迅速增大，后緩慢降低并保持不變，常規(guī)三軸壓縮破壞的剪脹角呈單調(diào)遞增趨勢。

3、
　　(2)采用極點對稱模態(tài)分解方法(ESMD)對大理巖卸圍壓破壞的聲發(fā)射數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理，分析大理巖加卸荷破壞全過程中的聲發(fā)射變化特征。聲發(fā)射時頻變化呈現(xiàn)波動特征，峰值強(qiáng)度前頻率出現(xiàn)突增，臨近峰值強(qiáng)度時頻率明顯降低。聲發(fā)射分形維數(shù)呈現(xiàn)階段性變化，先增大后減小，在應(yīng)力達(dá)到峰值強(qiáng)度的80％附近出現(xiàn)陡增，破壞時分形維數(shù)又出現(xiàn)大幅降低。頻率變化特征與分形維的變化規(guī)律具有對應(yīng)關(guān)系，聲發(fā)射頻率突然上升且分形維數(shù)陡增可認(rèn)為是巖石破壞前兆。

4、r>　　(3)大理巖加卸荷破壞的初始屈服面和后繼屈服面均符合Mogi-Coulomb函數(shù)形式，峰值強(qiáng)度前黏聚力c隨塑性參數(shù)εps的增大而減小，內(nèi)摩擦角ψ隨塑性參數(shù)εps的增大而增大。分別采用傳統(tǒng)計算模型與考慮黏結(jié)弱化-摩擦強(qiáng)化現(xiàn)象模型對某隧洞開挖進(jìn)行模擬分析，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)模型得到的隧道圍巖變形、應(yīng)力與塑性區(qū)發(fā)展規(guī)律偏于保守。利用聲發(fā)射振鈴計數(shù)率定義損傷變量，考慮圍壓對彈性模量的影響，建立考慮圍壓效應(yīng)的巖石損傷破壞本構(gòu)模型，模型對常規(guī)三軸和卸