非贯通裂隙岩体蠕变破裂演化机理与锚杆加固止裂效应试验研究

The creep acoustic emission tests of siltstone with two pre-existing cracks are carried out on the rock servo-controlled rheology testing machine and acoustic emission instrument under uniaxial compression. According to test results, the effect of the geometric distribution of fissure parameters(fissure length，fissure distance, fissure angle and rock bridge angle)on the creep rupture properties of siltstone (creep mechanical properties, creep acoustic emission characteristics, crack dynamic propagation process, rock bridge failure mode) are analyzed. The intrinsic relationship between the crack coalescence process and macroscopic mechanical behavior of siltstone is studied. The evolution mechanism of creep rupture of nonpenetrative fractured rock mass is obtained. On the basis of this mechanism, GFRP bolts are used to reinforce a kind of nonpenetrative fractured rock mass. The creep acoustic emission tests of anchored rock under uniaxial compression are carried out in the same test condition. The effect of anchoring models (bolt diameter, blot spacing distance, blot number)on the creep rupture properties of nonpenetrative fractured rock mass is analyzed.The prevention effect of bolts on the crack coalescence process and the reinforcement effect of bolts on macroscopic mechanical behavior of rock mass are studied. The reinforcement and crack prevention effect of bolts on the rock mass is obtained. The results obtained in the project can help to enrich and perfect the theory of failure of rock mass, and to provide the scientific basis for the reasonable design, long-term stability and safety of anchorage in the rock mass engineering.

采用流变伺服试验机和声发射仪，对含两条预制非贯通裂隙的粉砂岩进行单轴压缩蠕变声发射试验。基于试验结果，分析裂隙参数（裂隙长度、裂隙间距、裂隙倾角、岩桥倾角）几何分布对粉砂岩蠕变破裂特征（蠕变力学特性、蠕变声发射特征、裂纹扩展动态演化过程、岩桥贯通模式)的影响规律，研究非贯通裂隙岩体蠕变过程中裂纹萌生、扩展、贯通演化与岩体宏观力学行为之间的内在联系与规律，揭示非贯通裂隙岩体蠕变破裂演化机理。在此基础上，采用GFRP锚杆加固一种非贯通裂隙岩体，在相同试验条件下对加锚岩体进行单轴压缩蠕变声发射试验，分析锚固方式（锚杆直径、锚杆倾角、锚杆数量）对非贯通裂隙岩体蠕变破裂特征的影响规律，研究蠕变过程中锚杆对非贯通裂隙岩体裂纹扩展的抑制作用以及对岩体宏观力学性能的强化作用，得出锚杆加固止裂效应。研究成果可以深化对工程岩体破裂失稳灾变机理的认识，为岩体锚固工程的合理设计以及工程长期稳定性评价提供科学依据。

非贯通裂隙岩体是水利、采矿、交通、能源、国防等行业中最常见的介质之一。研究非贯通裂隙岩体蠕变破裂演化机理与锚杆加固止裂效应，充分发挥锚杆的锚固控制作用，对于大型岩体工程的长期稳定与安全具有重要的理论意义和工程实用价值。. 采用RLJW-2000岩石流变试验机和PCI-2声发射仪，对含两条非贯通裂隙的粉砂岩试样进行单轴压缩蠕变声发射试验，研究了以下内容：(1)非贯通裂隙岩体蠕变力学特性，得出裂隙几何参数(裂隙长度、裂隙间距、裂隙倾角、岩桥倾角)对试样蠕变破裂强度，轴向、径向以及体积蠕应变和总应变的影响规律。(2)非贯通裂隙岩体蠕变声发射特征，得出裂隙几何参数对试样声发射事件数、累积振铃计数、累积能量和最大能率的影响规律。(3)非贯通裂隙岩体裂纹扩展动态演化过程, 分析试样中声发射事件点的产生、扩展和集聚特征及其与预制裂隙之间的相互关系，得出裂隙几何参数对试样裂纹扩展动态演化过程的影响规律。(4)非贯通裂隙岩体岩桥贯通模式，得出裂隙几何参数对试样岩桥贯通模式的影响规律。在此基础上，总结得出非贯通裂隙岩体的蠕变破裂演化机理。研究结果表明：预制裂隙对岩体有明显的增裂劣化作用，从而提高了岩体的蠕变量，降低了岩体的蠕变破裂强度，对非贯通裂隙岩体的蠕变破裂演化起控制作用。. 采用岩石流变试验机和声发射仪，对加锚非贯通裂隙岩体进行单轴压缩蠕变声发射试验，研究了以下内容：(1)加锚岩体蠕变力学特性，得出锚固参数(锚杆根数、锚杆直径、锚杆倾角)对试样蠕变破裂强度，轴向、径向以及体积蠕应变和总应变的影响规律。(2)加锚岩体蠕变声发射特征，得出锚固参数对试样声发射最大振幅、事件数、累积振铃计数、累积能量和最大能率的影响规律。(3)加锚岩体裂纹扩展动态演化过程，分析试样中声发射事件点的产生、扩展和集聚特征及其与锚杆之间的相互关系，得出锚固参数对试样裂纹扩展动态演化过程的影响。(4)加锚岩体岩桥贯通模式，得出锚固参数对试样岩桥贯通模式的影响规律。在此基础上，总结得出锚杆加固止裂效应。研究结果表明：锚杆对非贯通裂隙岩体有明显的止裂作用，从而降低了岩体的蠕变量，提高了岩体的蠕变破裂强度，实现了锚杆对非贯通裂隙岩体裂纹扩展的抑制作用以及对宏观力学性能的强化作用。. 研究成果可深化对工程岩体破裂灾变机理的认识，为锚固工程合理设计及长期稳定性评价提供科学依据。