基于能量耗散原理的承壓板法巖體變形特性分析

王鵬程 張慶建 于磊 張富臣

能量轉(zhuǎn)化是巖體物理過程的本質(zhì)特征，巖體的破壞過程是其在能量驅(qū)動下的一種狀態(tài)失穩(wěn)現(xiàn)象，巖體變形破壞方式與其能量轉(zhuǎn)化密不可分[1]。因此，研究巖體變形過程中的能量演化規(guī)律，可以更加真實(shí)地反映巖體變形、損傷等特征。

目前，已經(jīng)開展了許多關(guān)于巖石單軸和三軸等試驗(yàn)過程中能量演化規(guī)律研究。張國凱等[2]研究了巖石單軸工況下能量演化和損傷規(guī)律；謝和平等[3]給出了巖石單軸試驗(yàn)中破壞形態(tài)與能量的關(guān)系；朱澤奇等[4]通過花崗巖三軸卸圍壓試驗(yàn)，分析了卸圍壓過程的能量耗散規(guī)律，并研究了能量耗散與圍壓的關(guān)系。剛性承壓板法是現(xiàn)場巖體變形試驗(yàn)最常用的一種方法，而通過能量演化研究其變形特性的論述較少，本文采用逐級一次循環(huán)法進(jìn)行巖體變形試驗(yàn)，通過對巖體做功將能量具體量化為塑性應(yīng)變能、彈性應(yīng)變能和耗散能，進(jìn)一步研究加卸載過程中裂隙萌生、擴(kuò)展和貫通等損傷特征及滯回特性。

1 剛性承壓板法試驗(yàn)

1.1 試點(diǎn)制備

剛性承壓板變形試驗(yàn)在白龍江引水工程壩址區(qū)右岸5#平洞內(nèi)進(jìn)行，巖性為弱風(fēng)化黑云母石英二長閃長巖。清除試點(diǎn)表層受擾動巖體，在洞底加工成不小于2 000 cm2的基巖面，試點(diǎn)表面起伏差控制在5 mm內(nèi)。清洗試點(diǎn)表面，用水泥砂漿粘貼剛性承壓板，通過千斤頂安裝加壓系統(tǒng)和傳力系統(tǒng)，利用千分表測量板下巖體變形，如圖1所示。

圖1 剛性承壓板變形試驗(yàn)安裝示意圖