岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (12): 3335-3344.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0520

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

拉剪作用下类岩石试样的力学 特性与损伤破坏机制

周超彪1,刘东2,姜清辉1   

  1. 1. 武汉大学 土木建筑工程学院,湖北 武汉 430072;2. 中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司,湖南 长沙 410014
  • 收稿日期:2021-04-09 修回日期:2021-07-15 出版日期:2021-12-13 发布日期:2021-12-14
  • 通讯作者: 姜清辉,男,1972年生,博士,教授,博士生导师,主要从事岩土力学数值方法的教学与研究。E-mail: jqh1972@yahoo.com.cn E-mail: 2019202100017@whu.edu.cn
  • 作者简介:周超彪,男,1996年生,硕士研究生,主要从事岩土力学数值方法的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.51769014)。

Mechanical properties and failure mechanisms of the rocklike specimens under tension shear effects

ZHOU Chao-biao1, LIU Dong2, JING Qing-hui1   

  1. 1. School of Civil Engineering, Wuhan University, Wuhan, Hubei 430072, China; 2. Power China Zhongnan Engineering Corporation Limited, Changsha, Hunan 410014, China
  • Received:2021-04-09 Revised:2021-07-15 Online:2021-12-13 Published:2021-12-14
  • Supported by:
    The work was supported by the National Natural Science Foundation of China(51769014).

摘要: 利用自主设计的拉伸?剪切辅助装置,开展不同法向应力(?0.28~3.0 MPa)条件下的拉剪试验和压剪试验,同时利用声发射技术对比分析两者的力学特性与损伤破坏机制。研究结果表明,拉伸?剪切辅助装置能够较好地开展拉剪试验。试样的峰值应力随法向应力呈曲线变化,对法向拉应力更为敏感,Hoek-Brown强度准则总体上能够较好地表征全应力区的强度特征。拉剪试样峰后应力大幅跌落并迅速分离成两部分,与压剪试验峰后残余阶段相比,具有更多的脆性破坏特征。试样破裂面的形貌特征与法向应力的方向以及大小密切相关,压剪试样破裂面的破碎程度以及声发射参数表征的损伤程度均大于拉剪试验。相比于拉剪试样,压剪试样的破裂面摩擦区、局部剥落现象更明显。随法向应力增大,声发射平静期持续时间变长,试样进入裂纹非稳定扩展阶段的时间越晚。拉剪试验损伤过程各阶段所需时间相较于压剪试验更短,损伤破坏的速率更快。剪应力曲线临界点?cc、?ci和?cd与声发射参数可分别表征试样的宏观与微观破裂过程,?cd临界点和声发射b值可作为岩石破坏的预兆。

关键词: 拉剪试验, 强度准则, 脆性破坏, 声发射, 损伤破坏机制, 预兆

Abstract: Using self-designed tension shear auxiliary device, we carried out a tension shear test and a compression shear test under different normal stresses between ?0.28 MPa and 3.0 MPa. We applied acoustic emission to compare and analyze the mechanical properties and the damage failure mechanisms of the specimens for both tests. The main results are listed as below. The tension shear auxiliary device can help us carry out the tension-shear test well. The peak stress varies with the normal stress non-linearly and is more sensitive to the normal tensile stress. The Hoek-Brown strength criterion can generally characterize the strength of the full stress area. The post-peak stress of the specimen in tension shear test drops severely and separates into two parts rapidly, showing the failure characteristics with more brittleness than that of the compression shear test. The morphological characteristics of the fracture plane are closely related to the direction and magnitude of normal stress. For compression shear test, the damage degree represented by the acoustic emission parameters is greater, as well as the failure degree of the fracture plane, compared with those observed in tension shear test. The frictional area and the local spalling of the fracture plane are also more obvious for the specimens in compression shear test, compared with those in tension shear test. As the normal stress increases, the duration of the acoustic emission quiet period gets longer, and the start time of the unstable crack propagation gets later. Compared with the compression one, the tension shear test shows a shorter duration time for each stage of the failure process as well as a higher failure rate. The critical points ?cc, ?ci and ?cd of the shear-stress plot and the acoustic emission parameters can represent, respectively, the macroscopic and microscopic failure process of the specimen. The critical point ?cd and the acoustic emission b value can be used as omens of rock failure.

Key words: tension shear test, strength criterion, brittle failure, acoustic emission, damage failure mechanism, omen

中图分类号: 

  • TU452
[1] 赵奎, 冉珊瑚, 曾鹏, 杨道学, 腾天野, . 含水率对红砂岩特征应力及声发射特性的影响[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 899-908.
[2] 马冰, 王学滨, 田锋, . 基于两种数值模拟方法的围岩脆性破坏 特征对比分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(12): 3440-3450.
[3] 刘炳恒, 孔令伟, 舒荣军, 李甜果, . 湛江结构性黏土在三维应力下的 力学特性与强度准则[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 3090-3100.
[4] 李浩然, 王子恒, 孟世荣, 赵维刚, 陈锋, . 高温三轴应力下大理岩损伤演化与声发射 活动特征研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(10): 2672-2682.
[5] 龚囱, 赵坤, 包涵, 赵奎, 曾鹏, 王文杰, . 红砂岩蠕变破坏声发射震源演化及其分形特征[J]. 岩土力学, 2021, 42(10): 2683-2695.
[6] 王本鑫, 金爱兵, 王树亮, 孙浩, . 3D打印交叉节理试件力学破裂特性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 39-49.
[7] 王创业, 常新科, 刘沂琳, 郭文彬, . 单轴压缩条件下大理岩破裂过程声发射频谱 演化特征实验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 51-62.
[8] 张艳博, 吴文瑞, 姚旭龙, 梁鹏, 田宝柱, 黄艳利, 梁精龙, . 单轴压缩下花岗岩声发射、红外特征及 损伤演化试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 139-146.
[9] 张晓君, 李晓程, 刘国磊, 李宝玉, . 卸压孔劈裂局部解危效应试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(S1): 171-178.
[10] 徐晓冬, 孙光华, 姚旭龙, 梁学健, 邵陆航, . 基于能量耗散与释放的充填体失稳 尖点突变预警模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 3003-3012.
[11] 甘一雄, 吴顺川, 任义, 张光, . 基于声发射上升时间/振幅与平均频率值的花岗岩劈裂破坏评价指标研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2324-2332.
[12] 陈昊, 胡小荣. 非饱和土三剪强度准则及验证[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2380-2388.
[13] 侯公羽, 荆浩勇, 梁金平, 谭金鑫, 张永康, 杨希, 谢鑫, . 不同荷载下矩形巷道围岩变形及声发射 特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 1818-1828.
[14] 王辉, 周世琛, 周博, 薛世峰, 林英松, 吴海明, . 不同破坏准则下水合物沉积物的统计损伤模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(12): 4015-4026.
[15] 舒芹, 王学滨, 赵扬锋, 白雪元, . 应力球量不变应力跌落方式下非均质岩样 破坏过程数值模拟[J]. 岩土力学, 2020, 41(10): 3465-3472.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 况雨春,伍开松,杨迎新,马德坤. 三牙轮钻头破岩过程计算机仿真模型[J]. , 2009, 30(S1): 235 -238 .
[2] 杜文琪,王 刚. 土工结构地震滑动位移统计分析[J]. , 2011, 32(S1): 520 -0525 .
[3] 鄢治华,刘志伟,刘厚健. 黄河阶地上某电厂高边坡参数选取及其工程治理[J]. , 2009, 30(S2): 465 -468 .
[4] 许振浩 ,李术才 ,李利平 ,侯建刚 ,隋 斌 ,石少帅. 基于层次分析法的岩溶隧道突水突泥风险评估[J]. , 2011, 32(6): 1757 -1766 .
[5] 江 权 ,冯夏庭 ,周 辉 ,赵 阳 ,徐鼎平 ,黄 可 ,江亚丽. 层间错动带的强度参数取值探讨[J]. , 2011, 32(11): 3379 -3386 .
[6] 温世清 ,刘汉龙 ,陈育民. 浆固碎石桩单桩荷载传递特性研究[J]. , 2011, 32(12): 3637 -3641 .
[7] 李顺群 ,高凌霞 ,柴寿喜. 冻土力学性质影响因素的显著性和交互作用研究[J]. , 2012, 33(4): 1173 -1177 .
[8] 钟 声 ,王川婴 ,吴立新 ,唐新建 ,王清远. 点状不良地质体钻孔雷达响应特征 ——围岩及充填效应正演分析[J]. , 2012, 33(4): 1191 -1195 .
[9] 孟 振,陈锦剑,王建华,尹振宇. 砂土中螺纹桩承载特性的模型试验研究[J]. , 2012, 33(S1): 141 -145 .
[10] 罗 刚 ,胡卸文 ,顾成壮 . 强震作用下顺层岩质斜坡动力失稳机制及启动速度研究[J]. , 2013, 34(2): 483 -490 .