不同应力路径下深部岩石真三轴卸荷特性试验

荣浩宇^1,2，李桂臣^1,2，赵光明³，梁东旭^1,2，梁巨理^1,2

1. 中国矿业大学深部煤炭资源开采教育部重点实验室2. 中国矿业大学矿业工程学院3. 安徽理工大学能源与安全学院

摘 要：为了研究深部地下工程施工过程中,受开挖扰动影响下深部岩石的变形破坏特性,以砂岩为研究对象,采用真三轴扰动卸荷岩石测试系统,分别进行真三轴压缩试验、恒轴压单面卸荷试验、增轴压单面卸荷试验与降轴压单面卸荷试验,分析了深部岩石在不同应力路径下的变形破坏特征及力学参数演化规律。研究结果表明:三轴压缩条件下,岩石变形表现为轴向压缩以及沿最小主应力方向扩容,破坏模式为剪切破坏,破坏原因为外部载荷不断增大超过岩石承载能力。卸荷条件下,变形表现为沿卸荷方向强烈扩容,破坏原因为卸荷面荷载不断减小使岩石承载能力不断降低最终小于所受外部载荷,破坏模式为张剪复合破坏。不同卸荷路径下,最大主应力σ₁变化对岩石变形破坏影响显著,增轴压路径下,卸载卸荷面应力的同时增加σ₁,加剧岩石应变能的释放,破坏更剧烈。而卸轴压路径下,σ₁的减小降低卸荷面应力变化对岩石变形破坏的影响岩石,岩石破坏变形过程相对较平缓,岩石破坏主要是因为卸除卸荷面应力使岩石承载能力降低速率大于外部载荷降低速率。三轴压缩条件下,随σ₁增大,岩石变形模量E不断减小,泊松比μ不断增加,且变化速率随σ₃增大而降低。卸荷条件下,E随卸荷的进行不断减小,μ不断增大,在临近破坏时变形参数劣化速率迅速增大。在卸荷条件下,岩石承载能力随着卸荷面应力的减小而不断减小,增轴压路径下卸荷的同时增大σ₁促进了岩石内部裂隙的萌生扩展,岩石承载强度降幅最大,而卸轴压路径下,σ₁的降低在一定程度上抑制了裂隙的扩展,岩石承载强度降幅相对较小。

关键词：真三轴;卸荷;砂岩;应力路径;破坏特性;