华山花岗岩力学特性及能量演化规律研究-水利水运工程学报.pdf

第３期 水 利 水 运 工 程 学 报 Ｎｏ．３ 　 ２０１８年６月 ＨＹＤＲＯ⁃ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｊｕｎ． ２０１８ ＤＯＩ：１０．１６１９８／ ｊ．ｃｎｋｉ．１００９⁃６４０Ｘ．２０１８．０３．０１１ 姚吉康，王志亮． 华山花岗岩力学特性及能量演化规律研究［Ｊ］． 水利水运工程学报，２０１８（３）：７８⁃８５． （ＹＡＯ Ｊｉｋａｎｇ，ＷＡＮＧ Ｚｈｉｌｉａｎｇ． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ａｎｄ ｅｎｅｒｇｙ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｌａｗ ｏｆ Ｈｕａｓｈａｎ ｇｒａｎｉｔｅ［Ｊ］． Ｈｙｄｒｏ⁃Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１８（３）： ７８⁃８５． （ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）） 华山花岗岩力学特性及能量演化规律研究 姚吉康， 王志亮 （合肥工业大学 土木与水利工程学院， 安徽 合肥　 ２３０００９） 摘要：为了研究华山花岗岩的强度、变形特征以及能量耗散规律，采用ＭＴＳ８１５岩石力学试验机开展了单轴压 缩和常规三轴压缩试验。 结果表明：华山花岗岩表现出明显的脆性特征，在三轴条件下应力应变曲线的上凹现 象相比于单轴变得不明显；随着围压的增加，花岗岩的弹性模量和峰值应变不断增大，但增加的速度逐渐变慢； 花岗岩的扩容阈值与围压近似呈线性关系；单轴压缩条件下，岩石内部储存的弹性应变能峰值后几乎瞬间都转 化为耗散能，劈裂破坏特征明显，而三轴压缩下，岩样的耗散能占吸收能的比例随围压提高逐渐增大，表现为整 体剪切破坏；三轴压缩下的吸收能、弹性应变能以及耗散能都远大于单轴压缩下的对应值，并且随着围压的增 大而增大；岩石破坏时的吸收能、耗散能以及储能极限均与围压存在良好的线性关系。 关　 键　 词：花岗岩；压缩试验；围压；强度准则；能量演化 中图分类号：ＴＵ４５１　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 　 文章编号：１００９⁃６４０Ｘ（２０１８）０３⁃００７８⁃０８ ［１］ 岩石是由矿物或岩屑在地质作用下按一定规律聚集形成的自然集合体，其内部存在一定的微缺陷 。 在外荷载的作用下，岩石内部会出现新的裂纹和孔洞，当发生扩展和贯通时，岩石内部积蓄的大量弹性能瞬 间释放，导致岩体失稳破坏，岩石受力变形破坏过程中能量耗散与能量释放是引发岩石损伤和破坏的内在原 因。 因此，研究岩石的强度变形特征以及能量耗散规律，对研究岩石内在的破坏机理和工程岩体开挖的稳定 性具有重大意义。 近年来，许多研究人员对岩石破坏过程中的强度变形特征以及能量耗散规律进行了试验研究，Ｘｉｅ等［２］ 通过对含天然裂缝的大理岩进行大量的单轴压缩试验，考察了其力学性能并与完整岩石进行对比，认为破裂 ［３］ 大理岩的破坏是一个局部渐进的过程；Ｚｏｎｇ等 通过对砂岩进行大量的三轴压缩试验，研究了砂岩的力学 ［４］ 性质和损伤演化特性，并分析了砂岩在不同应力状态下的应力应变曲线特征和变形强度特性；Ｄｅｎｇ等 基 ［５］ 于分形岩石力学和断裂力学理论，提出了一种新的岩石破碎过程能耗模型；周辉等 对花岗岩进行三轴压 ［６］ 缩试验，分析了不同围压下花岗岩断口的微观形貌特征，并讨论了花