巖石峰后擴(kuò)容特性及擴(kuò)容模型的探討摘要：由許多文獻(xiàn)中巖石試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，巖石峰后擴(kuò)容明顯大于峰前，對(duì)地下巖石工程有很大影響。然而，現(xiàn)階段對(duì)巖石峰后擴(kuò)容的研究不成熟。本文采用擴(kuò)容角這一定義，討論了巖石可塑性和圍壓對(duì)巖石擴(kuò)容的影響。筆者認(rèn)為，巖石可塑性和圍壓對(duì)巖石擴(kuò)容影響是有律可循的，影響巖石擴(kuò)容的主要參數(shù)可塑性和圍壓可以通過擴(kuò)容角函數(shù)得到體現(xiàn)，建立巖石擴(kuò)容模型。關(guān)鍵詞：巖石擴(kuò)容；峰后；塑性軟化；可塑性；圍壓STUDYOFTHEROCKDILATANCYCHARACTERISTICANDDILATANCYMODELAFTERTHEPEAKSTRENGTHAbstract：Weknowthattherockdilatancyafterthepeakstrengthgreaterthanbefore,byconsultingmanyliteratures.Thedilatancyhasverylargeeffectinundergroundrockengineering.Nevertheless,thestudyofthedilatancyafterthepeakstrengthisimmature.Forthesakeofthestudyofhowtherockplasticityandconfiningpressureeffectsrockdilatancy,wemadeuseofthedilatancycornerinourstudy.Wefound,therockdilatancycanbeembodiedbydilatancycorner,whichcontainthemostlydilatancyparameter–theplasticityandconfiningpressure.Finally,wecanfoundtherockdilatancymodel.Keywords：dilatancy；afterthepeakstrength；plasticity；confiningpressure；引言在巖石工程和巖石力學(xué)試驗(yàn)中，會(huì)遇到巖石受壓后體積膨脹的現(xiàn)象，即擴(kuò)容現(xiàn)象。由于該膨脹主要是剪切變形引起的，因此在根本上與“剪脹”的意義相同，故又稱之為剪脹現(xiàn)象[1,2,3]。對(duì)于地下井巷工程，由于開挖引起巖石卸載，最小主應(yīng)力（一般是徑向應(yīng)力）降低。雖然遠(yuǎn)離井巷增加,但至多達(dá)到原巖應(yīng)力。在目前開采水平下，若巷道埋深1000米，原巖應(yīng)力約25MPa；而且，在原巖應(yīng)力處的應(yīng)力差值不會(huì)很大?？梢?，巷道周圍巖石實(shí)際所受到的圍壓遠(yuǎn)小于脆-延性轉(zhuǎn)化的臨界圍壓值。說明，對(duì)于巷道圍巖，巖石破壞后的主要變形特征是應(yīng)變軟化，巖石擴(kuò)容主要發(fā)生在峰值應(yīng)力后的軟化階段[4]。翠雖然已經(jīng)認(rèn)識(shí)望到了巖石峰后保擴(kuò)容儉的重要意義和杜應(yīng)用價(jià)值，也屆開展了許多的訪研究工作，取槍得了一些法成果，但從目隸前研究現(xiàn)狀級(jí)看，對(duì)巖石峰感后破裂過程和刻破裂后亦巖石擴(kuò)容支特性沒有足夠偷的認(rèn)識(shí)，搞不肉清楚占巖石擴(kuò)容豪的形成和活動(dòng)密規(guī)律。因此，慚有必要猶對(duì)巖石峰后片擴(kuò)容讓特性劑和擴(kuò)容模型進(jìn)毒行研究探討。粉巖石擴(kuò)容模型磁的探討拌從許多實(shí)驗(yàn)分淘析和理論研究猛中可以得知，悄擴(kuò)容性非常依犁賴于揉巖石蠅材料泄性質(zhì)父和應(yīng)力債狀態(tài)，此外，烈也表明尺寸對(duì)默擴(kuò)容起了一個(gè)席不可忽略的作寬用臺(tái)[5,6]藝。沉為了解決巖石吵破壞后巖石力此學(xué)問題，準(zhǔn)確服計(jì)算擴(kuò)容是非懲常重要的，如充模擬地下巷道苦的實(shí)際工程問脅題，還有如剪滴切帶方向等理針論問題。這說該明推倒一個(gè)理旺論方法是很重肅要的。乒擴(kuò)容角普就是一個(gè)有足硬夠意義姑且禮十分簡單公式道化茂了的擴(kuò)容模型阿。這個(gè)擴(kuò)容角氧可以體現(xiàn)漠?dāng)U容的依賴性馳，而且能夠容灘易地用數(shù)字符如號(hào)表示。擴(kuò)容度角能夠描述在躍壓縮實(shí)驗(yàn)中巖救石變形行為特剃征。巖石可塑久性和圍壓對(duì)巖但石擴(kuò)容顯著影饞響銀可以得到體現(xiàn)違，同時(shí)，巖石吧尺寸對(duì)擴(kuò)容仙的中影響側(cè)也能間接反映喬出來東。瓦巖石擴(kuò)容的尺余寸效應(yīng)間接包秤含在擴(kuò)容角公辯式中，在此不猾作特別討論賊[絞6,7,抵8憂]很。蕩擴(kuò)容角盼是一個(gè)描述擴(kuò)創(chuàng)容材料變形特址征的合適參數(shù)床，因?yàn)樗芽赏纤苄约魬?yīng)變描遞繪成為可塑性末體積變化率。蝕擴(kuò)容角同樣定舍義了巖石或巖析體隨著破壞質(zhì)產(chǎn)生的體積增純加或體積膨脹套。蛋很多富作者提出下列是等式來確定擴(kuò)牢容角的更一般文表達(dá)式隸[陸6鐵]希：弓出(1)批那搞式中格為擴(kuò)容悅角這,覺是軸向塑性應(yīng)益變，細(xì)是體積應(yīng)變。唯對(duì)于深部地向注井巷工程，影木響圍巖塑性區(qū)患巖石擴(kuò)容的主殲要參數(shù)是巖石燦的可塑性和圍受巖壓力，擴(kuò)容置角中必須要包循含可塑性參數(shù)拳和圍壓。為此廊，下面主要針兩對(duì)巖石可塑性蠻和圍壓對(duì)巖石慨?dāng)U容影響進(jìn)行棋討論，探討擴(kuò)險(xiǎn)容模型。茶巖石擴(kuò)容與巖槍石示可塑性拿Duncan蛋Fama輔及其他火學(xué)者麥給出了應(yīng)變軟縮化模型和修正胃的漆Hoek天和臂Brown炒破壞準(zhǔn)則贈(zèng)，墻修正的節(jié)Hoek顧和肯Brown振破壞準(zhǔn)則通過襖軟化參數(shù)按照央可塑性水平引魯入了芽可塑性參數(shù)癢。在用擴(kuò)容角善對(duì)巖石擴(kuò)容進(jìn)罵行討論時(shí)，定賞義了巖石塑性遞擴(kuò)容因子紋K折ψ設(shè)來表征巖石的仁擴(kuò)容狀態(tài)。它凍是可塑性參數(shù)譜的函數(shù)。遠(yuǎn)下面我們對(duì)等訊圍壓進(jìn)行討論竹[噴6,7遷]灑。帳對(duì)于堅(jiān)標(biāo)準(zhǔn)三軸試驗(yàn)?zāi)?，顯然，在均桑勻變形情況下收，嚴(yán)和拼,席因此，可由窄公愛式圓(1查)補(bǔ)可傾得到獵如下形式叼戲鏈（僵2疊）惱又?jǐn)U容因子有求如下表達(dá)式如[6]挺乖剪私（也3沃）暫由公式巡（順2寫）和術(shù)（葵3蓋）可得島灌遮鴿（膝4失）晚通過式算（嘆4岔），巖石擴(kuò)容甲與可塑性參數(shù)魔值之間的懲有函數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)砌系中。下面是螺由趕MTS815共.02某S略型電液伺服巖設(shè)石力學(xué)實(shí)驗(yàn)系晨統(tǒng)得到的不同顆圍壓下委某工程中逗底板泥巖軸向傘應(yīng)屠力乳-剃應(yīng)變曲線和徑宮向應(yīng)賀變塑-仔軸向應(yīng)變曲線尾[菌4豆]榮。我們通過試妻驗(yàn)結(jié)果來分析賞巖石擴(kuò)容與巖負(fù)石可塑性之間煉的關(guān)系。繼圖敘1黑不同圍壓下底劇板復(fù)泥巖的全應(yīng)力圖應(yīng)變曲線輕F葛ig.l袍C領(lǐng)omplet舒eradi叮alstr社ain-ax夕ialst旺rainc依urveo酷fthe止solepl臘atemu遵dstone素atdi將fferc簽onfini兼ngpre塵ssure驗(yàn)圖圓2南汽不同圍壓下徑傲向叢應(yīng)嘩變芹-媽軸向應(yīng)變曲線屬F紫ig.2兵C脫omplet射e粱radial線strai擾n-axia馬lstra下in秤curve耗ofthe允solep勻latem木udston宗eatd盞iffer歌confin預(yù)ingpr狐essure莫不同圍壓下全景應(yīng)燥力按-攪應(yīng)變曲線，如斗圖份1緒。分析圖中曲車線可以看出，肚圍壓達(dá)桌到廈30樹MPa呈時(shí)，底板泥巖旁接近于理想塑嚇性狀態(tài)。可以帖發(fā)現(xiàn)，在一般民的地下巖石工嚴(yán)程中原巖應(yīng)力古小于這一數(shù)值院，所以在通常賓情況下，巷道繭圍巖處于塑性阻應(yīng)變軟化狀態(tài)松。因此，必須意討論不同羨可塑性資對(duì)擴(kuò)容的影響簡。賤圖勇2型是不同圍壓下京徑向應(yīng)解變賢-蚊軸向應(yīng)變曲線挪。巖石在軟化婦階段的徑向應(yīng)壁變明顯大于軸甲向應(yīng)變，且在叮此試驗(yàn)數(shù)據(jù)中浮，峰后徑向應(yīng)青變與軸向應(yīng)變腥近似成線性變考化關(guān)系，即在揉同一種圍壓下蟻的塑性軟化階揚(yáng)段，筒近似為一常數(shù)音，圍壓不同時(shí)窄，蜜值也不同。因華此，可以認(rèn)為宵在同一種圍壓確下的塑性軟化撲變形階段，巖悄石廉可塑性受不變，巖石的重?cái)U(kuò)容不受胖可魚塑性影響；當(dāng)逝圍壓不同時(shí)，出可塑性蘇發(fā)生了變化，天影響巖石擴(kuò)容登。慘也就是說，巖賞石可塑性不是騎單獨(dú)影響巖石朗擴(kuò)容，而是和尤圍壓一起影響失巖石的擴(kuò)容狀眨態(tài)。需在此說明，巖個(gè)石可塑性參數(shù)蠅不同于塑性軟暫化參數(shù)錫，在相同圍壓弱下的塑性軟化調(diào)階段，軟化參別數(shù)隨巖石擴(kuò)容涼程度會(huì)發(fā)生變梯化。尖4牧吃巖石擴(kuò)容與圍駁壓裳巖石擴(kuò)容是由喊于應(yīng)力作用產(chǎn)臥生的，不同應(yīng)滾力狀布態(tài)下巖石擴(kuò)容角有很大差別課[5]撤。皮在戒圖痕2奏中看到，不同缸圍壓下的徑向遷應(yīng)猾變直-散軸向應(yīng)變曲線勒應(yīng)變軟化段是攻近似直線的關(guān)渾系，通過拖公式候（接2流）、妙（渣3灣）和搜（華4瓶）飽得到饑表呈1閃。即在等圍壓稀下巖石峰后的盟擴(kuò)容角旨和塑性擴(kuò)容因然子壯K念ψ彩均為常數(shù)。不返同圍壓下巖石煎峰后的徑向應(yīng)移變戶-墊軸向應(yīng)變曲線闖值不同，得到怨的擴(kuò)容角和塑姐性因子也不同純。研圖最3斯揀不同圍壓下體許積應(yīng)琴變校-涂軸向應(yīng)力曲線窗F氏ig.3鋼Comple殺tevol守umetri撐cstra言in-axi區(qū)alstr卷aincu畢rveof齒thes繼olepla悟temud曲stone系atdif炎ferco步nfinin寬gpres融sure垂表鋒1秩浪不同圍壓下擴(kuò)氏容參數(shù)值輪T伍able1解Dilat錫ionpa繁ramete涼rvalu可eatd汗iffer勉confin洪ingpr米essure粒圍壓悄5盲10邀15娃30達(dá)-0.6細(xì)8獻(xiàn)-1.2未5澡-1.03順-0.9膽7襪擴(kuò)容角扭8.77仙25.38送20.27助18.65珍擴(kuò)容因子世K丸ψ在1.3窩6江2.膛50翁2.0學(xué)6以1.9旬4昨從亦圖鋸1浮、既圖觀2許和紡表監(jiān)1幼中分析，除圍達(dá)壓帝為年5MP嶄a鉆外，巖石擴(kuò)容盼隨圍壓增加而癥減少。圍壓淘為拋5MP暖a搏時(shí)，巖石破壞固接近于脆性，鍋峰后淘應(yīng)力從峰值強(qiáng)竭度直接跌至殘鄰余強(qiáng)度，眼不屬于塑性軟致化變形底。我們可以從躍其愉它衣3英個(gè)不同圍壓實(shí)評(píng)驗(yàn)得到巖石成軟化階段的擴(kuò)虹容全變化規(guī)律江，即信巖石擴(kuò)容角和弟擴(kuò)容因子隨圍邀壓的增大而減遣小。姐圖睛3梳是不同圍壓下晝體積應(yīng)逮變打-匯軸向應(yīng)變曲線扎。巖石擴(kuò)容的翼起始點(diǎn)隨圍壓虎的增加所需要同的軸向應(yīng)變也撞增加，巖石擴(kuò)偶容率隨圍壓的漆增加而減小。畏擴(kuò)容角就是表雄征擴(kuò)容率的參幅數(shù)，我們可以營從大表貝1怨看出。壩從以上討論中惰我們可以知道臥，巖石擴(kuò)容角稠是可塑性參數(shù)脂和圍壓的函數(shù)榆，它們之間存應(yīng)在的關(guān)系可以售用侵函數(shù)表達(dá)。本爐文中由于試驗(yàn)央數(shù)據(jù)不多，無司法推出其表達(dá)售式。但得到的僅結(jié)論程具貞有參考價(jià)值。5結(jié)論撿等圍壓時(shí)，巖貫石峰后擴(kuò)容特揉性主要受巖石西可塑性和圍壓堆影響，可以通游過擴(kuò)容角體現(xiàn)鳳。鐵巖石可塑性越趁強(qiáng)，巖石的擴(kuò)臂容越明顯。池巖石峰后擴(kuò)容漢隨圍壓增大而最減小，且圍壓列對(duì)巖石可塑性失也有顯著影響溝。貫巖石擴(kuò)容角是丙可塑性參數(shù)和懸圍壓的函數(shù)，菊在數(shù)據(jù)充蹄分的情況下，箱可以卻推得佳巖石峰后擴(kuò)容公模型勁。教參考文寫獻(xiàn)盒(Refer灶ences誰)灌：雕[1]劣歸靖洪文告,租李世劈平溉.者預(yù)零圍壓下巖石多剪脹性能的試管驗(yàn)研購究表[J].景俊中國礦業(yè)大學(xué)題學(xué)火報(bào)豆.躍1998浮,2粘7廣（笨1晨）瑞：余19-22.古[2]敢靖洪文靜,守許國安馬,縫謝述新翼等朗.變不同圍壓下大栽理巖剪脹試驗(yàn)各研究魚[J]們.沃河海大學(xué)學(xué)釋報(bào)啊.皇2001仍,29啦(縫增幫刊或):31-辦33.擇[3]免靖洪文青.堵峰后巖石剪脹岡性能試驗(yàn)研究埋[J]般.柴潤巖土力笨學(xué)龜.單2003鉛,24(1種):93-右97.勞[4]站冊李學(xué)曉幟.肝阻巖石峰后力學(xué)古特性及其損傷暴軟化模型的研巴究與應(yīng)頃用臭[妨博士論擋文謀D].侵棕北滋京歸.復(fù)訪中國礦業(yè)大工學(xué)摧.1995斬.貨[顏5傾]蠶串瓦許東注俊羨,燭討李小蛇春勵(lì),鞭傭蔡忠笨理池.記結(jié)應(yīng)力狀態(tài)與巖容石擴(kuò)容特飾性且[J].微軌巖土力奧學(xué)殘.1992菌,13(2全,3):3愈7-44.竄[6]純情L.R.A哪lejano日,E.A急lonso旨.媽Consid溪eratio擋nsof而thedi品latanc券yangl鐮einr鞭ocksa啄ndroc場kmass療es仍.味Intern超ationa橫lJour雁nalof稿Rock慕Mechan幟ics&礙Mining幟Scien糊ces和.肥撥2005.妙42(20摟05)肝:嗚481慕-碧507介.難[7]記Shih-C撐heYua尚n,J.P記