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作 者
郭建强1,黄武峰1,刘新荣2,陈建行1,蒋建国1
作者单位
1. 贵州大学 土木工程学院；2. 重庆大学 土木工程学院
研究背景在荷载的作用下,岩石的体积逐渐减小直至最小,而当超过某一临界荷载时,岩石既有裂隙扩展与新裂隙的产生导致岩石的体积开始增加,这种现象称之为岩石扩容,早在20世纪40年代,BRIDGMAN就首次观测到岩石扩容,对应的临界荷载称为扩容应力或岩石长期强度。
近年来,随着深部矿产资源的开发与能源储库建设、地铁及城市地下空间的开发利用、岩质隧道、边坡等的稳定性均与岩石扩容有关,且扩容也是地震与岩爆发生的先兆。
比如,油气储库的失稳将不可避免的导致储库失效、地表沉陷或油气泄露等工程事故,为了保证用于油气储存的废弃盐岩溶腔完整性,盐岩需要避免产生扩容;受应力集中和应力重分布的影响,深埋岩石工程将会发生较大范围的岩体失稳而产生较大的碎胀(扩容) 变形,为了保证工程安全需要采取一定工程支护措施。因此,对岩石的扩容进行研究具有重要的科学意义。
摘 要
针对当前扩容准则计算精度不高,且难以反映震源释放应变能对岩体扩容影响的问题,基于能量转化是物质物理过程的本质属性,通过理论分析和试验研究,从弹性应变能的角度对已有扩容准则进行了研究,并据此建立了广义扩容准则。
结果表明,已有扩容准则将泊松比等于0.5看作是任意应力状态下材料扩容的前提;已有线性扩容准则未考虑中间主应力对扩容影响,且扩容应力随围压线性增加。
在对扩容准则分析的基础上,从能量角度提出弹性应变能达到某一临界值时材料开始扩容,并据此建立广义扩容准则;该准则突破了材料扩容时泊松比恒为0.5的传统假设,且能反映中间主应力、弹性模量、泊松比及未知可释放应变能(或震源释放应变能等)等对岩体扩容的影响。
当泊松比等于0.5时,该准则蜕化为既有扩容准则;应力水平相同时,泊松比越小,广义扩容准则计算的扩容应力越小;随中间主应力增加,广义扩容准则计算的扩容应力可能会降低。
广义扩容准则为地震预报提供了理论支撑,既可计算受震源释放应变能影响的岩体是否扩容,又可计算发生扩容的岩体吸收应变能大小。三轴拉伸与三轴压缩条件下岩石扩容应力的计算表明,广义扩容准则可描述岩石的扩容特性,并分析了产生上述结果的内在机理。广义扩容准则对岩石扩容、地震预报、深部矿产资源的开采及地下工程的稳定性均具有重要意义。
作者简介
郭建强，男，1980年9月15日生，河北临城人，工学博士，副教授，硕士生导师，贵州大学土木工程学院专业教师。发表学术论文24余篇，EI/SCI收录24篇。
研究方向
强度理论及岩爆防治
主要成果
致力于强度理论与岩爆防治的研究，提出材料储存的可释放应变能达到临界值时，开始扩容，据此建立了能反映弹性应变能、弹性模量、泊松比及震源释放的应变能影响的扩容准则，该扩容准则能用于地震预报；提出材料储存的可弹性应变能达到临界值时，将发生屈服、破坏或岩爆，并建立了强度理论与岩爆判据统一表达式。
文中图片
泥质白云岩三轴压缩试验
广义M-C扩容准则在π平面扩容轨迹
扩容准则对文献盐岩扩容应力计算
扩容准则对文献盐岩扩容应力计算
扩容准则对文献硬岩扩容应力计算
Urx,ν及E对扩容影响(I2
