大理巖破壞起裂應力及斷裂能特征試驗研究

摘要：

根據大理巖常規三軸試驗數據，探討不同圍壓下大理巖破壞的起裂應力和起裂斷裂能變化規律。大理巖起裂應力位于峰值應力的53%～76%之間，隨圍壓升高向峰值強度逐漸逼近。起裂斷裂能與圍壓、峰值強度呈正線性關系。起裂應力對應的聲發射能量計數率出現突跳，起裂點之后聲發射能量計數率和累計釋放能量增加速度明顯變快，理論計算求得的起裂點和聲發射監測數據吻合較好。大理巖常規三軸破壞符合MogiCoulom強度準則。

關鍵詞：

三軸破壞；起裂應力；斷裂能；聲發射

中圖分類號：

TU45

文獻標志碼：A

文章編號：16744764（2014）04006905

巖石的起裂應力是判斷巖石類材料破壞征兆的重要指標之一。巖石破壞過程中線彈性變形階段結束亦是裂紋擴展階段的開始，中間的轉折點即為起裂點。對于脆性材料在單軸和三軸壓縮條件下的力學行為已經獲得了較好的研究成果，對巖石的起裂、斷裂特性也開展了相關的研究。

Gaziev等[12]發現巖石斷裂能和起裂應力密切相關。黃達等[3]研究了加載速率與特征應力之間的對應關系。王學濱等[4]研究了單軸壓縮破壞巖石試件斷裂能的尺寸效應。徐松林等[5]提出大理巖三軸試驗剪切斷裂能的計算方法。楊圣奇等[6]研究了三軸壓縮大理巖斷裂能隨圍壓的變化關系。朱澤奇等[7]研究了不同圍下起裂應力、起裂角與圍壓的關系。Scott等[8]研究了巖石疲勞破壞過程中的應變能耗散特征。Xie等[9]基于能量釋放和耗散原理研究了巖體破壞準則。

關于單軸加載條件下巖石破壞過程的能量演化規律已取得較多的研究成果，而三軸壓縮破壞巖石的起裂應力是與圍壓密切相關的，目前這方面的研究還極為缺乏。本文對大理巖常規三軸壓縮破壞過程的起裂應力和斷裂能影響因素進行了研究。

1試驗介紹

試驗采用三個批次的大理巖巖樣分別進行單軸和常規三軸試驗（巖樣標號中字母前的數字表示巖樣的1、2、3批次，字母T表示常規三軸壓縮）。試驗在MTS815巖石力學試驗系統上進行，采用AE21C聲發射設備檢測聲發射信息。試驗全過程應力應變曲線（1T組）如圖1所示。張黎明，等：大理巖破壞起裂應力及其斷裂能特征試驗研究