节理岩体卸荷损伤及重复加载力学特性研究

岩体在加载与卸荷条件下，力学特性显著不同，特别是对于节理岩体，卸荷将导致岩体质量急剧下降。因此开展节理岩体卸荷损伤力学特性的研究有重要意义。而现阶段对于含不同节理特征岩体卸荷条件下的力学特性研究较少，且没有考虑卸荷损伤岩体再次加载时，节理特征、卸荷量及水对其力学特性的影响。本项目基于大量试验，研究节理岩体在加、卸荷条件下的破坏机理及参数变化规律，探讨不同节理特征（长度、厚度、倾角、条数）对岩体加、卸荷力学特性的影响；分析经历不同程度峰前卸荷损伤后，再次加载时节理岩体力学特性的变化规律，同时首次考虑含压水浸泡对峰前卸荷损伤岩体的软化作用，寻求卸荷量、节理特征、浸泡水压、时间等因素与重复加载时岩体力学参数之间的关系；通过峰后残余强度阶段岩体的循环加卸载试验，研究卸荷量、围压及水对破碎岩体力学特性的影响；基于以上试验成果，考虑卸荷及含压水浸泡对节理岩体的损伤，建立卸荷条件下节理岩体损伤本构模型。

本项目基于大量试验，考虑了多种影响因素（围压、节理倾角、不同程度的卸荷损伤、含压水浸泡），较为全面系统的研究了节理岩体在不同应力路径下（加载、卸荷、卸荷损伤-重复加载、卸荷损伤-含压水浸泡-重复加载）的应力应变特征、破坏机理及强度、变形参数的变化规律，较为系统的阐述了节理岩体峰前、峰后不同应力条件下的力学特性。含不同间距预制节理岩体加、卸荷破坏试验研究表明：岩样极限强度和节理间距之间没有必然的联系，加、卸荷破坏时，节理岩体弹性模量与变形模量较完整岩体有明显减小；节理岩体不同围压下峰前卸荷试验研究表明：相比于完整岩样，节理岩样极限强度降低了10-25%，而残余强度增高了27-58%，随着围压的增大，节理岩体和完整岩体极限强度与残余强度之间的差别逐渐缩小；含压水浸泡对峰前卸荷损伤岩体力学特性影响试验研究表明压力水浸泡对岩体软化作用明显，强度降低量随水压增大而增大，节理岩体对水软化作用更加敏感，长期浸泡后力学性质弱化明显，更易产生不稳定问题；通过对处于残余强度状态岩样的循环加卸荷试验，研究了不同围压、不同卸荷量造成的岩样残余强度变化规律，发现无论初始条件如何，残余强度随围压和卸荷量的变化过程均可用指数函数拟合；最后基于卸荷过程中岩体应力应变曲线特征分析，将砂岩卸荷破坏应力应变曲线分为4段：弹性段、卸荷屈服段、脆性跌落段及理想塑性段，并将卸荷量作为重要参量，假定岩体在卸荷损伤屈服阶段符合Griffith屈服准则，接近极限破坏强度时符合HoeK-Brown屈服准则，假定卸荷造成岩体屈服发生塑性变形后，岩体卸荷条件下的屈服函数随卸荷量在Griffith准则和HoeK-Brown准则间呈线性变化，推导了符合卸荷应力状态的弹脆塑性本构模型。