加卸荷應力路徑下大理巖變形破壞過程聲發射特征與本構模型研究.pdf

1、巖體在形成過程和漫長的地質作用下具有初始損傷，是一種典型的非均質材料。地下工程開挖使巖體處于復雜的加卸荷受力狀態下，內部損傷不斷累積，微裂隙不斷擴展、積聚，并最終貫通，巖體發生宏觀破壞。加卸荷路徑下巖石破壞機理、破壞前兆信息的研究，對巖體工程設計有重要的指導意義。 本文開展大理巖加卸荷破壞試驗，分析了不同加卸荷應力路徑下大理巖變形破壞各階段應力特征，初步探索了巖石破壞前兆的聲發射參數變化，建立了損傷本構模型。論文主要內容如下:<

2、br>　　(1)基于大理巖常規三軸加荷與卸荷試驗結果，分析加卸荷應力路徑下大理巖破壞過程各階段特征應力及剪脹角ψ在變形破壞過程中的變化規律。相同卸荷速率條件下，壓密應力對應的環向應變、體積應變隨圍壓的增大而減小，起裂應力及擴容應力隨圍壓增大而增大，加卸荷應力路徑下擴容應力對應的環向應變均穩定在(-0.0004±0.0001)范圍內。大理巖卸荷破壞的剪脹角在卸圍壓后先迅速增大，后緩慢降低并保持不變，常規三軸壓縮破壞的剪脹角呈單調遞增趨勢。

3、
　　(2)采用極點對稱模態分解方法(ESMD)對大理巖卸圍壓破壞的聲發射數據進行去噪處理，分析大理巖加卸荷破壞全過程中的聲發射變化特征。聲發射時頻變化呈現波動特征，峰值強度前頻率出現突增，臨近峰值強度時頻率明顯降低。聲發射分形維數呈現階段性變化，先增大后減小，在應力達到峰值強度的80％附近出現陡增，破壞時分形維數又出現大幅降低。頻率變化特征與分形維的變化規律具有對應關系，聲發射頻率突然上升且分形維數陡增可認為是巖石破壞前兆。

4、r>　　(3)大理巖加卸荷破壞的初始屈服面和后繼屈服面均符合Mogi-Coulomb函數形式，峰值強度前黏聚力c隨塑性參數εps的增大而減小，內摩擦角ψ隨塑性參數εps的增大而增大。分別采用傳統計算模型與考慮黏結弱化-摩擦強化現象模型對某隧洞開挖進行模擬分析，發現傳統模型得到的隧道圍巖變形、應力與塑性區發展規律偏于保守。利用聲發射振鈴計數率定義損傷變量，考慮圍壓對彈性模量的影響，建立考慮圍壓效應的巖石損傷破壞本構模型，模型對常規三軸和卸