基于PMC模型的破坏模式转化型强度准则

进入深部后,受高应力、强扰动影响,岩石岩体中拉断、剪切及压密屈服等破坏模式共生的现象凸显,深部岩石表现出明显地非线性行为,岩石破坏在多种破坏机制中转化。深部岩体强度理论需考虑中间主应力的影响,本文基于Paul-Mohr-Coulomb(PMC)准则,考虑多孔岩石破坏模式间的转化和高围压下裂隙坍塌的特征,提出了在高围压应力情况下,表征压剪屈服的Back-Paul-Mohr-Coulomb(BPMC)模型;推导了BPMC模型摩擦角包络线的表示方法,根据分段线性原则,在p-q平面中获得12边形BPMC线性破坏准则;基于应力不变量在p-q平面的转换关系,利用最小二乘法拟合获得了模型的特征参数。为了验证PMCBPMC准则及对应破坏模式转化理论的合理性,本文拟合了PMCBPMC模型,将拟合破坏面与试验数据进行对比;选用四川黄砂岩和金川大理岩,进行多组室内三轴压缩试验,研究不同围压下岩石破坏特征和强度特征,实验采用自主研发的便携式自密封岩石三轴试验高压舱加压系统。对试验数据进行拟合,获得的破坏包络线与实验数据拟合度较好;四川黄砂岩在围压达到90 MPa后出现剪应力峰值拐点,产生了孔隙坍塌型破坏,为压屈服破坏。结果表明:PMCBPMC模型能预测孔隙岩石的帽子屈服面,拟合岩石破坏模式从剪切破坏到压剪破坏的过渡,可预测不同围压下的破坏强度及对应破坏模式。     

北山花岗岩闭合裂隙剪切破坏机理研究

随着我国高放废物处置库研发战略的推进,处置库花岗岩围岩工程特性成为研究重点。天然裂隙是花岗岩中的薄弱环节,岩体往往沿既有结构面发生剪切滑移。因此裂隙剪切特性和剪切破坏机理研究意义重大。天然裂隙包括张开裂隙和闭合裂隙,其剪切特性和剪切破坏机理存在差异。针对北山地下实验室场址范围花岗岩闭合裂隙,开展剪切试验。将裂隙结构面扫描数据嵌入离散元颗粒流软件（PFC）,构建北山花岗岩闭合裂隙剪切颗粒模型,利用fish语言监测颗粒间接触（contact）失效并生成对应裂隙（fracture）以模拟试样剪切过程内部微裂纹的发育。试验获得了北山花岗岩典型闭合裂隙的剪切强度和闭合裂隙三维形貌。将试验与模拟结果进行对比,研究认为：构建的颗粒模型可较好地模拟裂隙三维形貌对剪切强度的影响,表征了花岗岩闭合裂隙剪切过程的微裂纹发育扩展过程,展示了闭合裂隙的剪切破坏机理。     

考虑最大线应变理论的多重破坏机制PMC强度模型

随着深部开采工程的快速发展,岩石在高应力作用下呈现出与浅埋条件下明显区别的破坏模式和破坏强度,在这个过程中岩石伸长、剪切及压密屈服等多种破坏机制共生。针对上述问题,本文以最大线应变理论、PMC过渡型准则为理论基础,提出了适合深部岩体破坏模式过渡特征的强度理论,揭示了岩体低强度破坏内在机理,并提出了广义剪应力、平均应力及应力洛德角为参量的多破坏机制影响下强度准则的不等式统一形式。同时,采用多重破坏机制PMC强度模型对砂岩和花岗岩试验数据进行拟合。研究结果表明,岩石强度表现出了较为明显的分段强度特征,符合多重破坏机制影响下强度规律,从而验证了多重破坏机制PMC强度模型对于岩石材料的适用性。