三轴加卸载条件下岩石损伤破坏机理CT试验分析.pdfVIP

第27卷第12期 长 江 科 学 院 院 报 Vo】．27 No．12 2010年 12月 JournalofYangtzeRiverSdenfificResearchInstitute Dec． 2 O 1 O 文章编号：1001—5485f2010)12—0042—05 三轴加卸载条件下岩石损伤破坏 机理 CT试验分析 刘小红 ，晏鄂川 ，朱杰兵 ，汪 斌 (1．中国地质大学(武汉)工程学院，武汉 430074； 2．长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉 430010) 摘要：利用RMT150岩石力学测试系统和高分辨率 Sensation40型医用 CT机，对恒定围压下不同轴向加载应力阶 段的粉砂岩试样进行多次cT扫描试验，得到了不同轴向应力条件下岩石断面的cT图像特征。基于CT数原理，分 析了岩石不同应力状态下的损伤演化过程与损伤程度，通过试样 cT图像三维重建，较真实地反应了岩石试样细观 损伤过程。试验研究表明：试样在试验过程中经历压密、扩容及破坏阶段 ；岩石压缩损伤演化是有一个相对较长应 力段的量变积累过程，裂纹产生及其扩展的质变过程具有突发性；试样破坏后，远离破裂面区域存在 “密度回弹”现 象。 关 键 词：CT试验；三轴压缩；加卸载；损伤演化；岩石力学 中图分类号 ：TU452 文献标识码：A 化过程是试验岩石力学的研究热点，作为一种无损 伤检测技术，可以动态、定量和无损伤测量岩土材料 1 概 述 在受力过程中内部结构变化过程。Kawakata、Ueta、 我国实施西部大开发战略以来，西部的两路交 葛修润、杨更社、丁卫华等国内外学者已取得了不少 通、水利水电、探矿等重大工程正如火如荼地进行， 关于岩石在受力条件 F损伤与破裂过程中的CT试 也使我国在岩石力学领域的研究工作提高到一个新 验研究成果 ’。 的水平 。室内岩石力学试验及其本构关系的研究也 本文综合利用岩石力学测试系统和高分辨率 取得了重大发展，完整岩石材料试件 由变形到破坏 CT机 ，对三轴压缩下均质粉砂岩的CT细观损伤破 经历了渐进性损伤累计和裂纹扩展为主的几个阶 坏机理进行了初步研究。提取断面内统计域内CT 段，岩石裂纹演化过程的观察和描述成为解决问题 数的最小值、最大值、均值及其方差，对同～扫描断 的关键 ，也提高了室内完整岩块试件力学试验 的研 面内不同压力状态下的CT数进行对 比分析，了解 究价值 。 CT数的变化规律 ；依据相关学者的研究成果，计算 计算机断面x一射线技术 (ComputerizedTomo． 不同阶段中岩石损伤变量及损伤增量；并对不用应 graphy，CT)是 目前对岩石 内部损伤可视化分析研究 力阶段下的试样进行 CT三维重建，了解试样在压 切实可行的有效方法 ¨,2j。自1972年 由英 国EMI 缩期间由损伤到破坏演化的特征规律。 公司工程师G．N．Hounsfield首先设计制成第一台 医用 CT扫描机以来，CT在医学和材料损伤领域的 2 试验设备及方法 应用研究 日益扩大，尤其在医学诊断领域取得了巨 大成功。1986年 日本首先研制成功室内受压岩样 2．1 试验设备 弹性波CT机，并用该机对受压岩样 内部裂隙发展 计算机断面x一射线测试系统采用水利部岩土 过程进行研究，成为岩石力学 CT技术研究和应用