动静耦合加载下受载钻孔试件力学特性及破坏特征研究

摘要

钻孔卸压是防治冲击地压的主要手段,卸压孔径是重要的卸压参数.研究动静组合作用下受载试件钻孔卸压单轴压缩力学性质和破坏特征,对钻孔卸压参数优化及保持钻孔卸压后围岩的稳定性具有重要意义.采用三维动静载多场耦合试验系统、DS5-8B声发射采集分析系统和XTDIC三维全场变形测量及分析系统,开展了受载试样钻孔卸压后动载扰动的单轴压缩试验,探究了预静载水平、动载幅值、钻孔直径对试件单轴力学特性和破坏特征的影响.试验结果表明:动静载荷之和小于73%无侧限抗压强度(σuc)时动静组合作用对试件单轴压缩强度起增强作用.扰动后试件的弹性模量明显增大,钻孔对试件强度起削弱作用,且呈正相关,钻孔直径越大,削弱效果越明显.钻孔和动静载荷影响疲劳应变,随着钻孔孔径和动载幅值增大疲劳应变呈线性增大,预静载影响疲劳应变,试件处于压密阶段时,动载扰动会使试样内部原生裂隙压密,疲劳应变较大;试件处于弹性阶段时,裂隙发育很少,疲劳应变减小;试件处于塑性阶段时,出现不可逆的塑性变形,疲劳应变增加.钻孔直径的增加会使试件声发射事件(振铃计数、能量)减少,损伤阈值降低;动载扰动会使试件压密,增加声发射事件,提高试件的损伤阈值,且破坏时瞬间释放的能量变大,试件表现出更强的脆性.钻孔直径的增大改变了试件裂隙发育特征,钻孔直径从0增大到12 mm,试件从拉伸破坏转变为X状共轭斜面剪切破坏,且部分试件表面出现了片状剥落.该研究为钻孔卸压围岩破坏机理的揭示提供理论基础,对钻孔卸压参数优化具有重要参考作用.

关键词

受载钻孔 / 动载循环扰动 / 动静组合加载 / 力学特性 / 破坏特征