基于聲發射實驗層狀砂巖力學特性及破壞機理

劉運思，王世鳴，顏世軍，傅鶴林，陳琛，史越，岳健

(1.湖南科技大學 巖土工程穩定控制與健康監測省重點實驗室，湖南 湘潭，411201；2.湖南科技大學 土木工程學院，湖南 湘潭，411201；3.中南大學 土木工程學院，湖南 長沙，410075)

層狀砂巖廣泛存在于礦業、水利、交通和建筑工程之中，砂巖因層理面為軟弱結構面，其強度往往比完整巖塊的低。JAEGER[1]提出了單弱面理論，解釋了當層理角度β滿足β1＜β＜β2時(β1和β2均為層理角度，范圍為0°～90°)，巖體單軸壓縮強度比完整巖塊的低。此后，RAMAMURTHY等[2]通過大量試驗得出抗壓強度與層理角度分布的力學曲線為3 種，分別為U 型、波動型和釬肩型。黃春等[3]通過研究發現層狀巖體強度基本呈現U 型分布。劉運思等[4]結合單弱面理論研究了板巖劈裂拉伸強度分布規律，發現劈裂拉伸強度沿層理面破壞的強度往往較低。實際上，層狀巖體強度分布規律與破壞機理密不可分，在單軸壓縮破壞過程中[5-6]，當層理角度β1＜β＜β2時，破壞往往是沿著層理面的剪切破壞，其抗壓強度較低；而當層理角度β＜β1或β2＜β時，破壞往往是壓縮破壞，其抗壓強度較高。而在劈裂拉伸破壞過程中[7-8]，當0°＜β＜β1或β2＜β＜90°時，破壞屬于純拉伸破壞；當β1＜β＜β2時，破壞屬于沿層面剪切破壞。層狀巖體受結構面的影響破壞形式不一，而不同的破壞形式在一定程度上反映了巖體的強度。巖體在破壞過程中，內部產生的微破裂可產生不同頻率、不同能量的聲波，巖體聲發射與巖體力學參數、巖體損傷破壞之間存在一定內在關聯[9]。目前，聲發射技術在巖石力學室內的試驗應用主要在以下2 個方面：