卸荷岩体细观损伤演化的核磁共振测试

为研究卸荷岩体内部孔隙结构的细观损伤演化特征，以大理岩为岩样，分别进行初始围压为10、20和30 MPa，不同卸荷围压量的常规三轴卸荷试验和核磁共振测试实验，获得卸荷岩体的应力-应变曲线、横向弛豫时间T2分布、孔隙度及核磁共振成像图像.随着卸荷围压比的增大，岩石由弹性变形转化为塑性变形，岩样内小孔隙的孔径增大，大孔隙的数量增多且孔径增大；卸荷围压比低于90%，岩体损伤主要由孔隙数量的增多引起，卸荷围压比高于90%，损伤由孔隙数量和孔径均急剧增大引起；岩样的孔隙度随着卸荷围压比的增大而增大，且增速越来越快；核磁共振图像直观地反映卸荷岩体内部孔隙数量、孔径及结构变化情况.

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第36卷第12期北京科技大学学报 Vol.36 No.12 2014年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2014 卸荷岩体细观损伤演化的核磁共振测试胡振襄，周科平⑧，李杰林，高峰，王明球中南大学资源与安全工程学院，长沙410083 ☒通信作者，E-mail:kpzhou(@vip.163.com 摘要为研究卸荷岩体内部孔隙结构的细观损伤演化特征，以大理岩为岩样，分别进行初始围压为10、20和30MP,不同卸荷围压量的常规三轴卸荷试验和核磁共振测试实验，获得卸荷岩体的应力一应变曲线、横向弛豫时间T,分布、孔隙度及核磁共振成像图像.随着卸荷围压比的增大，岩石由弹性变形转化为塑性变形，岩样内小孔隙的孔径增大，大孔隙的数量增多且孔径增大：卸荷围压比低于90%，岩体损伤主要由孔隙数量的增多引起，卸荷围压比高于90%，损伤由孔隙数量和孔径均急剧增大引起：岩样的孔隙度随着卸荷围压比的增大而增大，且增速越来越快：核磁共振图像直观地反映卸荷岩体内部孔隙数量、孔径及结构变化情况. 关键词岩石力学：损伤：核磁共振：卸荷：孔隙度：围压比分类号TU458 Meso-damage evolution of unloading rock mass based on nuclear magnetic resonance technology HU Zhen-xiang,ZHOU Ke-ping,LI Jie-lin,GAO Feng,WANG Ming-qiu School of Resource and Safety Engineering.Central South University,Changsha 410083.China Corresponding author,E-mail:kpzhou@vip.163.com ABSTRACT To investigate the meso-damage evolution characteristic of unloading rock mass,unloading confining pressure tests on marble specimens were first conducted under initial confining pressures of 10,20 and 30 MPa.Then nuclear magnetic resonance tests were performed on the unloaded specimens.The stress-strain curves,transverse relaxation time T,distribution,rock porosity,and nuclear magnetic resonance imaging pictures of the unloaded specimens were obtained.It is found that the deformation of the unloaded specimens changes from elastic to plastic with the increase of unloading confining pressure ratio.As the unloading confining pressure ratio increases,the size of small microcracks increases,and the number and size of large microcracks also increase.When the unloa- ding confining pressure ratio is less than 90%,the damage of rock mass is mainly caused by the increase in number of microcracks. But when the unloading confining pressure ratio exceeds 90%,the damage of rock mass is caused by the sharp increase in number and size of microcracks.The rock porosity increases with the increase of unloading confining pressure ratio,and the growth rate becomes greater.The development processes of the number,size and structure of microcracks in the rock specimens under different initial confi- ning pressures and different unloading confining pressure ratios can be directly visualized by nuclear magnetic resonance imaging pictures. KEY WORDS rock mechanics:damage:nuclear magnetic resonance:unloading:porosity:confining pressure 岩体是由多种矿物晶体、胶结物和节理、裂隙等其内部裂隙产生、发展和贯通的过程.地下工程中缺陷组成的非均匀体，岩体破坏的过程，其实质就是由于开挖岩体的应力扰动和释放，产生次生应力场，收稿日期：2014-06-17 基金项目：“十二五”国家科技支撑计划资助项目(2013BAB0205):国家自然科学基金资助项目(51274253)：中国博士后科学基金资助项目 (2013M542138) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.12.001:http://journals.ustb.edu.cn

第 36 卷第 12 期 2014 年 12 月北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 12 Dec． 2014 卸荷岩体细观损伤演化的核磁共振测试胡振襄，周科平，李杰林，高峰，王明球中南大学资源与安全工程学院，长沙 410083  通信作者，E-mail: kpzhou@ vip． 163． com 摘要为研究卸荷岩体内部孔隙结构的细观损伤演化特征，以大理岩为岩样，分别进行初始围压为 10、20 和 30 MPa，不同卸荷围压量的常规三轴卸荷试验和核磁共振测试实验，获得卸荷岩体的应力--应变曲线、横向弛豫时间 T2分布、孔隙度及核磁共振成像图像．随着卸荷围压比的增大，岩石由弹性变形转化为塑性变形，岩样内小孔隙的孔径增大，大孔隙的数量增多且孔径增大; 卸荷围压比低于 90% ，岩体损伤主要由孔隙数量的增多引起，卸荷围压比高于 90% ，损伤由孔隙数量和孔径均急剧增大引起; 岩样的孔隙度随着卸荷围压比的增大而增大，且增速越来越快; 核磁共振图像直观地反映卸荷岩体内部孔隙数量、孔径及结构变化情况．关键词岩石力学; 损伤; 核磁共振; 卸荷; 孔隙度; 围压比分类号 TU458 Meso-damage evolution of unloading rock mass based on nuclear magnetic resonance technology HU Zhen-xiang，ZHOU Ke-ping ，LI Jie-lin，GAO Feng，WANG Ming-qiu School of Ｒesource and Safety Engineering，Central South University，Changsha 410083，China  Corresponding author，E-mail: kpzhou@ vip． 163． com ABSTＲACT To investigate the meso-damage evolution characteristic of unloading rock mass，unloading confining pressure tests on marble specimens were first conducted under initial confining pressures of 10，20 and 30 MPa． Then nuclear magnetic resonance tests were performed on the unloaded specimens． The stress-strain curves，transverse relaxation time T2 distribution，rock porosity，and nuclear magnetic resonance imaging pictures of the unloaded specimens were obtained． It is found that the deformation of the unloaded specimens changes from elastic to plastic with the increase of unloading confining pressure ratio． As the unloading confining pressure ratio increases，the size of small microcracks increases，and the number and size of large microcracks also increase． When the unloading confining pressure ratio is less than 90% ，the damage of rock mass is mainly caused by the increase in number of microcracks． But when the unloading confining pressure ratio exceeds 90% ，the damage of rock mass is caused by the sharp increase in number and size of microcracks． The rock porosity increases with the increase of unloading confining pressure ratio，and the growth rate becomes greater． The development processes of the number，size and structure of microcracks in the rock specimens under different initial confining pressures and different unloading confining pressure ratios can be directly visualized by nuclear magnetic resonance imaging pictures． KEY WOＲDS rock mechanics; damage; nuclear magnetic resonance; unloading; porosity; confining pressure 收稿日期: 2014--06--17 基金项目: “十二五”国家科技支撑计划资助项目( 2013BAB02B05) ; 国家自然科学基金资助项目( 51274253) ; 中国博士后科学基金资助项目 ( 2013M542138) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 12． 001; http: / /journals． ustb． edu． cn 岩体是由多种矿物晶体、胶结物和节理、裂隙等缺陷组成的非均匀体，岩体破坏的过程，其实质就是其内部裂隙产生、发展和贯通的过程．地下工程中由于开挖岩体的应力扰动和释放，产生次生应力场

·1568+ 北京科技大学学报第36卷其实质就是一个强卸荷的过程.研究卸荷岩体的力 1试验原理及方案学和变形特性以及岩体内部孔隙结构损伤演化规律，可为采矿、隧道等地下岩土工程稳定性评价和设 1.1核磁共振基本原理计提供理论依据. 核磁共振技术依据H流体原子核的磁性与外针对卸荷岩体破坏规律，国内外许多学者开加磁场相互作用原理，来测量岩体孔隙中含H流体展了多方面的研究并取得一系列成果.李建林四的弛豫特征.通过对放入磁场中的岩样发射一定频利用相似模型实验研究了裂隙岩体在卸荷作用下率的射频脉冲，使H质子产生共振并吸收射频脉冲的尺寸效益和参数演化规律；雷涛等回运用RFPA 能量.射频脉冲终止后，H质子所吸收的射频能量软件，研究岩体卸荷破坏过程和声发射效应，得到将会释放出来，而这种能量释放的过程可以通过专卸荷岩体力学参数的变化曲线和劣化规律：韩放用的线圈检测出来，即为核磁共振信号.不同尺寸等)利用声发射动态检测损伤的扩展，通过超声孔隙中的水，能量释放速度不同，这种信号的差别可波检测来定量评价岩石试块的损伤程度：刘豆豆以得到横向弛豫时间T,分布，并形成核磁共振成像等W开展了大理岩常规三轴试验和峰前、峰后卸 (MRI).通过T,谱曲线和核磁共振成像，可直观地围压试验，通过对比表明岩样峰前卸围压表现的反映岩石内部孔隙结构的变化特征.通常，弛豫时脆性比峰后更强烈：纪洪广等因对岩石试件在不间T,越小，孔隙的孔径越小，因此通过合理的换算，同应力状态下受到“加载一卸荷”扰动时的声发射测得的T,谱分布可以得出试件孔隙的孔径分布，曲特征进行了实验研究，表明在加一卸载的过程中，线与横轴围成的面积代表岩样的孔隙度▣ 较低应力水平声发射信号较少，较高应力水平声岩石孔隙中的流体存在三种弛豫机制，即自由发射信号活跃：王在泉等和王瑞红等可分别研弛豫、表面弛豫和扩散弛豫，T,可表示为究了天然节理和预制节理在加、卸荷作用下的力 1111 i+元+ (1) 学特性；邱士利等？和张凯等回研究了不同卸围式中，T为足够大容器中测得的孔隙流体中的T2, 压速率下岩石变形特征和力学参数的变化：Cai 等@以加载在岩石上的应力水平与岩石对应条件 Tz为表面弛豫引起的孔隙流体T,Ta为梯度磁场下扩散引起的孔隙流体的T· 下峰值强度的比值来表征岩石的损伤程度，分析岩石内部损伤演化规律；任建喜等、周小平和张 a() 1 (2) 永新☒采用CT实时扫描技术研究卸荷条件下岩式中，P2为T表面弛豫强度，S为孔隙表面积，V为石的损伤演化规律. 流体体积上述研究成果对于揭示卸荷岩体破坏机理具有自由弛豫和扩散弛豫与表面弛豫相比非常小，重要的推动作用，但目前各学者对卸荷岩体破坏机因此岩石的T,弛豫由表面弛豫决定理的研究主要集中于岩体宏观破坏形态和岩体力学 1.2试验装置及岩样的选取参数变化规律等方面，而对卸荷岩体内部细观裂隙试验采用的主要仪器有上海纽迈电子科技有限结构演化特征的研究并不多见.然而，岩体内部细公司生产的AniMR-l50核磁共振测试分析系统和观裂隙结构的变化对岩体宏观破坏形态和力学参数真空饱和装置，以及MTS815电液伺服岩石力学试变化起决定作用，所以有必要对其规律进行研究验机.AniMR一l50核磁共振测试分析系统参数为：常规的测试手段很难直观的、定量分析岩石内部细磁场强度(250±50)mT,共振频率8.5~12.8MHz, 观裂隙的发展规律，核磁共振技术可以测得岩石的磁极直径590mm,磁极间隙264mm,磁场均匀度小弛豫时间横向弛豫时间T,分布(T,谱曲线)、孔隙度于10×10-6，梯度磁场在X、Y和Z方向G= 和核磁共振图像，为岩石细观裂隙结构损伤演化规 15mT·m-.MTS815电液伺服岩石力学试验机参律研究提供了一种可行的解决途径.本文采用核磁数为：最大载荷里程4600kN,载荷测量精度共振测试系统，将卸荷岩体的宏观变形特性与细观 ±0.5%，三轴围压80MPa. 孔隙结构变化进行结合分析，研究卸荷大理岩所表试验所用岩样取自云南红河州松树脚锡矿的白现的宏观变形特征下的内部孔隙结构的细观损伤演色大理岩.参照操作规程，将岩样加工成直径约化规律，研究成果可为卸荷岩体损伤机理研究提供 50mm、高度约100mm的圆柱形试件.为了减少试实验数据验结果的离散性，提高试验成果的质量及可比性，尽

北京科技大学学报第 36 卷其实质就是一个强卸荷的过程．研究卸荷岩体的力学和变形特性以及岩体内部孔隙结构损伤演化规律，可为采矿、隧道等地下岩土工程稳定性评价和设计提供理论依据．针对卸荷岩体破坏规律，国内外许多学者开展了多方面的研究并取得一系列成果．李建林［1］利用相似模型实验研究了裂隙岩体在卸荷作用下的尺寸效益和参数演化规律; 雷涛等［2］运用ＲFPA 软件，研究岩体卸荷破坏过程和声发射效应，得到卸荷岩体力学参数的变化曲线和劣化规律; 韩放等［3］利用声发射动态检测损伤的扩展，通过超声波检测来定量评价岩石试块的损伤程度; 刘豆豆等［4］开展了大理岩常规三轴试验和峰前、峰后卸围压试验，通过对比表明岩样峰前卸围压表现的脆性比峰后更强烈; 纪洪广等［5］对岩石试件在不同应力状态下受到“加载--卸荷”扰动时的声发射特征进行了实验研究，表明在加--卸载的过程中，较低应力水平声发射信号较少，较高应力水平声发射信号活跃; 王在泉等［6］和王瑞红等［7］分别研究了天然节理和预制节理在加、卸荷作用下的力学特性; 邱士利等［8］和张凯等［9］研究了不同卸围压速率下岩石变形特征和力学参数的变化; Cai 等［10］以加载在岩石上的应力水平与岩石对应条件下峰值强度的比值来表征岩石的损伤程度，分析岩石内部损伤演化规律; 任建喜等［11］、周小平和张永新［12］采用 CT 实时扫描技术研究卸荷条件下岩石的损伤演化规律．上述研究成果对于揭示卸荷岩体破坏机理具有重要的推动作用，但目前各学者对卸荷岩体破坏机理的研究主要集中于岩体宏观破坏形态和岩体力学参数变化规律等方面，而对卸荷岩体内部细观裂隙结构演化特征的研究并不多见．然而，岩体内部细观裂隙结构的变化对岩体宏观破坏形态和力学参数变化起决定作用，所以有必要对其规律进行研究．常规的测试手段很难直观的、定量分析岩石内部细观裂隙的发展规律，核磁共振技术可以测得岩石的弛豫时间横向弛豫时间 T2分布( T2谱曲线) 、孔隙度和核磁共振图像，为岩石细观裂隙结构损伤演化规律研究提供了一种可行的解决途径．本文采用核磁共振测试系统，将卸荷岩体的宏观变形特性与细观孔隙结构变化进行结合分析，研究卸荷大理岩所表现的宏观变形特征下的内部孔隙结构的细观损伤演化规律，研究成果可为卸荷岩体损伤机理研究提供实验数据． 1 试验原理及方案 1. 1 核磁共振基本原理核磁共振技术依据 H 流体原子核的磁性与外加磁场相互作用原理，来测量岩体孔隙中含 H 流体的弛豫特征．通过对放入磁场中的岩样发射一定频率的射频脉冲，使 H 质子产生共振并吸收射频脉冲能量．射频脉冲终止后，H 质子所吸收的射频能量将会释放出来，而这种能量释放的过程可以通过专用的线圈检测出来，即为核磁共振信号．不同尺寸孔隙中的水，能量释放速度不同，这种信号的差别可以得到横向弛豫时间 T2分布，并形成核磁共振成像 ( MＲI) ．通过 T2谱曲线和核磁共振成像，可直观地反映岩石内部孔隙结构的变化特征．通常，弛豫时间 T2越小，孔隙的孔径越小，因此通过合理的换算，测得的 T2谱分布可以得出试件孔隙的孔径分布，曲线与横轴围成的面积代表岩样的孔隙度［13］．岩石孔隙中的流体存在三种弛豫机制，即自由弛豫、表面弛豫和扩散弛豫，T2可表示为 1 T2 = 1 T2f + 1 T2s + 1 T2d ． ( 1) 式中，T2f为足够大容器中测得的孔隙流体中的 T2， T2s为表面弛豫引起的孔隙流体 T2，T2d为梯度磁场下扩散引起的孔隙流体的 T2 ． 1 T2s ≈ρ2 ( S ) V ( 2) 式中，ρ2 为 T2表面弛豫强度，S 为孔隙表面积，V 为流体体积．自由弛豫和扩散弛豫与表面弛豫相比非常小，因此岩石的 T2弛豫由表面弛豫决定． 1. 2 试验装置及岩样的选取试验采用的主要仪器有上海纽迈电子科技有限公司生产的 AniMＲ--150 核磁共振测试分析系统和真空饱和装置，以及 MTS 815 电液伺服岩石力学试验机． AniMＲ--150 核磁共振测试分析系统参数为: 磁场强度( 250 !50) mT，共振频率 8. 5 ～ 12. 8 MHz，磁极直径 590 mm，磁极间隙 264 mm，磁场均匀度小于 10 × 10 － 6，梯度磁场在 X、Y 和 Z 方向 Gmax = 15 mT·m － 1 ． MTS 815 电液伺服岩石力学试验机参数为: 最大载荷里程 4600 kN，载荷测量精度 ± 0. 5% ，三轴围压 80 MPa．试验所用岩样取自云南红河州松树脚锡矿的白色大理岩．参照操作规程［14］，将岩样加工成直径约 50 mm、高度约 100 mm 的圆柱形试件．为了减少试验结果的离散性，提高试验成果的质量及可比性，尽 · 8651 ·

第12期胡振襄等：卸荷岩体细观损伤演化的核磁共振测试 ·1569· 量从一个大的岩块采用密集套钻的方法获取岩样，表1大理岩的卸荷围压比选用均质、无明显结构面的岩芯，并在试验前对加工 Table 1 Unloading confining pressure ratios of marble specimens 好的岩样进行核磁共振弛豫测量和成像测量，选出试件初始轴压/ 最终卸荷围卸荷围初始孔隙度相近、T,谱分布相似的岩样，确保试验岩编号围压/MPa MPa 围压MPa压量MPa压比/% 样的原始裂隙分布相似 A-0 10 163 10.00 0 0 1.3试验方案 A 10 163 5.9 4.1 50 为分析卸荷的不同阶段大理岩内部裂隙发育情 A-2 10 163 3.85 6.15 75 况，提出一个描述性变量一卸荷围压比V。: A-3 10 163 2.62 7.38 90 A-4 10 163 1.80 8.20 100 (3) B-0 20 20.00 0 0 式中：△σ为大理岩在卸荷过程中，从初始围压开 B-1 20 13.56 6.44 50 始，卸荷的围压量；△σ；为大理岩从初始围压卸荷至 B-2 10.34 9.66 75 应力跌落点，卸荷的围压量 B-3 20 19g 8.40 11.60 90 卸荷试验分别选择10、20和30MPa三个初始 B-4 20 199 7.12 12.88 100 围压，进行不同的卸荷围压量的常规三轴卸荷试验， C-0 吃 217 30.00 0 0 其主要步骤为： C-1 30 217 20.18 9.82 50 (1)设置压力值为0.1MPa,将大理岩岩样在水 C-2 30 217 15.27 14.73 75 中进行真空饱和12h,然后持续浸泡48h,采用 C-3 30 217 12.32 17.68 AiMR-一150核磁共振系统进行试件核磁共振弛豫测 C-4 30 217 10.36 19.64 100 量和核磁共振成像测试. (2)采用MTS815电液伺服岩石力学试验机进向应变和体积应变曲线仍近似直线，表明大理岩在行不同卸荷围压量的常规三轴卸荷试验，依据试验卸荷的围压量较低时，变形仍以弹性变形为主，该阶中三个不同围压下大理岩三轴压缩应力一应变曲线段轴向应变和侧向应变继续增大，所不同的是轴向显示，裂纹损伤应力值均大致为三轴抗压强度80% 应变的增大速度开始变缓，侧向应变的增大速度开附近，故初始轴压选择三轴抗压强度的80%.具体始变大，且大于轴向应变的增大速度，因而体积应变做法为：①将轴、围压同时加载至初始围压预定值；虽为正值但在不断变小，表明该阶段岩石体积压缩 ②继续加载轴压至三轴抗压强度80%的应力水平；的趋势被遏制，开始转为膨胀，这个阶段主要是原来 ③卸除围压直至破坏，算出△σ3；④计算V。分别为被压缩的孔隙恢复或小幅度扩展阶段，也会产生一 0、50%、75%和90%时需卸荷的围压量△σ5和最终定数量的新裂隙.卸荷阶段中、后期，轴向应变、侧围压值（如表1）；⑤对各岩样按①和②加载初始轴、向应变和体积应变曲线均表现为塑性变形特征，岩围压后，卸荷围压至预定的最终围压值；⑥卸荷轴压石的轴向应变增加较小，而侧向急剧扩容，体积应变至零后，卸荷围压至零。为负值且越来越大，表明大理岩在卸荷的围压量较 (3)将经过不同卸荷围压比作用后的岩样进行高时，以塑性变形为主，体积急剧膨胀直至破坏，这步骤(1)的测试，获取卸荷后岩样的核磁共振弛豫个阶段裂纹不断产生和大幅度扩张，损伤急剧增大和核磁共振成像数据. 可见，在岩样加载轴、围压阶段，轴向应变曲线保持直线关系，表现为弹性变形特征：卸荷初始阶段，轴 2 应力一应变曲线分析向曲线保持近似直线，岩样由弹性变形逐渐向塑性由图1可知，在加载至初始轴、围压阶段，岩样变形转化，有少量裂纹产生并呈稳定发展状态；卸荷的轴向应变、侧向应变和体积应变曲线均近似直线，中、后阶段，岩样应变大幅度增加，体积急剧增大，为表明大理岩在加载至初始轴、围压阶段，变形以弹性塑性变形阶段，裂隙进入不稳定发展阶段直至破坏. 变形为主，该阶段随着主应力差值的增大，轴向应变另外，对比图1(a)、图1(b)和图1(c)可知，在和侧向应变均增大，轴向应变的增大速度远大于侧卸荷阶段，轴向变形增幅较小，侧向变形增幅较大，向应变增速的2倍，因而体积应变为正值并不断增体积变形几乎按照侧向变形的规律变化.轴向应变大，表明该阶段岩石处于不断弹性压缩阶段，这个阶在初始围压为10MPa时，表现为明显的脆性特征，段很少产生新的裂纹.卸荷初始阶段，轴向应变、侧塑性特征不明显.当初始围压为20MPa和30MPa

第 12 期胡振襄等: 卸荷岩体细观损伤演化的核磁共振测试量从一个大的岩块采用密集套钻的方法获取岩样，选用均质、无明显结构面的岩芯，并在试验前对加工好的岩样进行核磁共振弛豫测量和成像测量，选出初始孔隙度相近、T2谱分布相似的岩样，确保试验岩样的原始裂隙分布相似． 1. 3 试验方案为分析卸荷的不同阶段大理岩内部裂隙发育情况，提出一个描述性变量———卸荷围压比 Vσ: Vσ = Δσ' 3 Δσ3 ． ( 3) 式中: Δσ' 3 为大理岩在卸荷过程中，从初始围压开始，卸荷的围压量; Δσ3 为大理岩从初始围压卸荷至应力跌落点，卸荷的围压量．卸荷试验分别选择 10、20 和 30 MPa 三个初始围压，进行不同的卸荷围压量的常规三轴卸荷试验，其主要步骤为: ( 1) 设置压力值为0. 1 MPa，将大理岩岩样在水中进行真空饱和 12 h，然后持续浸泡 48 h，采用 AniMＲ--150核磁共振系统进行试件核磁共振弛豫测量和核磁共振成像测试． ( 2) 采用 MTS 815 电液伺服岩石力学试验机进行不同卸荷围压量的常规三轴卸荷试验，依据试验中三个不同围压下大理岩三轴压缩应力--应变曲线显示，裂纹损伤应力值均大致为三轴抗压强度 80% 附近，故初始轴压选择三轴抗压强度的 80% ．具体做法为: ①将轴、围压同时加载至初始围压预定值; ②继续加载轴压至三轴抗压强度 80% 的应力水平; ③卸除围压直至破坏，算出 Δσ3 ; ④计算 Vσ 分别为 0、50% 、75% 和 90% 时需卸荷的围压量 Δσ' 3 和最终围压值( 如表 1) ; ⑤对各岩样按①和②加载初始轴、围压后，卸荷围压至预定的最终围压值; ⑥卸荷轴压至零后，卸荷围压至零． ( 3) 将经过不同卸荷围压比作用后的岩样进行步骤( 1) 的测试，获取卸荷后岩样的核磁共振弛豫和核磁共振成像数据． 2 应力--应变曲线分析由图 1 可知，在加载至初始轴、围压阶段，岩样的轴向应变、侧向应变和体积应变曲线均近似直线，表明大理岩在加载至初始轴、围压阶段，变形以弹性变形为主，该阶段随着主应力差值的增大，轴向应变和侧向应变均增大，轴向应变的增大速度远大于侧向应变增速的 2 倍，因而体积应变为正值并不断增大，表明该阶段岩石处于不断弹性压缩阶段，这个阶段很少产生新的裂纹．卸荷初始阶段，轴向应变、侧表 1 大理岩的卸荷围压比 Table 1 Unloading confining pressure ratios of marble specimens 试件编号初始围压/MPa 轴压/ MPa 最终围压/MPa 卸荷围压量/MPa 卸荷围压比/% A--0 10 163 10. 00 0 0 A--1 10 163 5. 9 4. 1 50 A--2 10 163 3. 85 6. 15 75 A--3 10 163 2. 62 7. 38 90 A--4 10 163 1. 80 8. 20 100 B--0 20 199 20. 00 0 0 B--1 20 199 13. 56 6. 44 50 B--2 20 199 10. 34 9. 66 75 B--3 20 199 8. 40 11. 60 90 B--4 20 199 7. 12 12. 88 100 C--0 30 217 30. 00 0 0 C--1 30 217 20. 18 9. 82 50 C--2 30 217 15. 27 14. 73 75 C--3 30 217 12. 32 17. 68 90 C--4 30 217 10. 36 19. 64 100 向应变和体积应变曲线仍近似直线，表明大理岩在卸荷的围压量较低时，变形仍以弹性变形为主，该阶段轴向应变和侧向应变继续增大，所不同的是轴向应变的增大速度开始变缓，侧向应变的增大速度开始变大，且大于轴向应变的增大速度，因而体积应变虽为正值但在不断变小，表明该阶段岩石体积压缩的趋势被遏制，开始转为膨胀，这个阶段主要是原来被压缩的孔隙恢复或小幅度扩展阶段，也会产生一定数量的新裂隙．卸荷阶段中、后期，轴向应变、侧向应变和体积应变曲线均表现为塑性变形特征，岩石的轴向应变增加较小，而侧向急剧扩容，体积应变为负值且越来越大，表明大理岩在卸荷的围压量较高时，以塑性变形为主，体积急剧膨胀直至破坏，这个阶段裂纹不断产生和大幅度扩张，损伤急剧增大．可见，在岩样加载轴、围压阶段，轴向应变曲线保持直线关系，表现为弹性变形特征; 卸荷初始阶段，轴向曲线保持近似直线，岩样由弹性变形逐渐向塑性变形转化，有少量裂纹产生并呈稳定发展状态; 卸荷中、后阶段，岩样应变大幅度增加，体积急剧增大，为塑性变形阶段，裂隙进入不稳定发展阶段直至破坏．另外，对比图 1( a) 、图 1( b) 和图 1( c) 可知，在卸荷阶段，轴向变形增幅较小，侧向变形增幅较大，体积变形几乎按照侧向变形的规律变化．轴向应变在初始围压为 10 MPa 时，表现为明显的脆性特征，塑性特征不明显．当初始围压为 20 MPa 和 30 MPa · 9651 ·

·1570· 北京科技大学学报第36卷 180- (a) 16Q (b) 200 140 150 100 …轴向应变 80 …轴向应变 dN/o- 100 …侧向应变一体积应变 60 一侧向应变一体积应变 ·卸荷起始点 40 ·荷起始点 50 20 2 10 8/102 2Z00 EdW/o- 150 轴向应变 100 …侧向应变体积应变 ·卸荷起始点 3 -2 -1 E102 图1不同初始围压大理岩应力-应变曲线.(a)10MPa:(b)20MPa:(c)30MPa Fig.1 Stress-strain curves of marble under different initial confining pressures:(a)10 MPa:(b)20 MPa:(c)30 MPa 时，在卸荷阶段，轴向应变接近水平，表现为明显的径信息.孔隙度分量指相应孔径的孔隙体积之和占塑性变形特征；临近破坏时，初始围压为10、20和试件体积的百分比.T,谱曲线谱面积(T,谱曲线积 30MPa的岩样的侧向应变分别为-0.00764、分面积)与孔隙数量多少和孔隙度大小正相关，谱 -0.0100和-0.0120，体积应变分别为-0.0121、面积越大，岩样孔隙的数量就越多，孔隙度就越大： -0.0147和-0.0195，应变值均随围压增大而增大，单个谱峰的面积和峰值与相应孔径孔隙的数量成正表明初始围压对大理岩的变形影响显著，初始围压比：T,值的大小与孔径大小成正相关，T值越大，孔越大，大理岩的塑性越明显，破坏前所经历的变形就径就越大5-6 越大由图2可以发现，初始围压越大，岩样的T2谱 3结果与分析曲线向右侧移动的趋势就越明显，谱面积和峰值就越大.当卸荷围压比为0时，不同初始围压的岩样 3.1核磁共振T,谱分析 T,谱曲线的谱面积和峰值的差值相对较小；卸荷围 T,谱曲线能够反映岩样内孔隙的数量信息和孔压比为90%时，谱面积和峰值的差值相对较大，表 006 0.10r 1一初始制压10MPa 0.08 1一初始围压10MP 0.04 2一初始围压20MPa 2一初始围压20MP: 3一初始围压30MPa 0.06 3一初始围压30MPa 0.04 0.02 0.02 101 10 10 10P 10 10 109 10 10P 10 10 跑像时间T,/s 驰豫时间T/m 图2不同卸荷围压比的T2谱曲线.(a)0:(b)90% Fig.2 T2 spectrum distribution curves at different unloading confining pressure ratios:(a)0:(b)90%

第12期胡振襄等：卸荷岩体细观损伤演化的核磁共振测试 ·1571· 明卸荷岩体内部孔隙发育受初始围压影响显著，初大，表明卸荷围压比高于90%时，大理岩“软化”现始围压越大，相同卸荷围压比作用下的大理岩内部象显著，内部孔隙度急剧增大，损伤急剧加大直至破孔隙的孔径就越大，数量就越多，即岩石的孔隙度就坏，这种损伤表现为孔隙的数量和孔径均急剧增大，越大，内部损伤就越大，且卸荷损伤的差距会随着卸因而在宏观上表现为岩样的急剧扩容荷围压比的增大而不断加剧. 3.2孔隙度分析由图3可知，在加-卸载前，岩样的初始T2谱曲岩体的总孔隙度和不同孔径孔隙的孔隙度变化线由四个谱峰组成：从左到右，第一谱峰孤立存在，能够直观地反映岩体内部裂隙发生、扩展和贯通的弛豫时间T,较小，视作小孔径孔隙：第2~4谱峰相情况，进而分析岩体的损伤和破坏规律.根据前文连，弛豫时间T,较大，视作大孔径孔隙.在卸荷阶所述，将大理岩的T,谱曲线中第1谱峰视为小孔径段，随着卸荷围压比的增大，岩样的第1谱峰逐渐向孔隙，第2~4谱峰视为大孔径孔隙. 右侧移动，表明小孔隙的孔径不断增大；第2~4谱图4为不同初始围压岩样在不同卸荷围压比作峰逐渐发展成一个谱峰，向右侧移动，且谱峰面积和用下的总孔隙度变化曲线.由图可知，随着卸荷围峰值均不断增大，表明岩样内大孔隙的孔径不断增压比的增大，不同初始围压的岩样的总孔隙度均不大，数量不断增多，岩样在力的作用下，不仅出现裂断增大，表明岩石内部裂隙不断发展，损伤不断加隙的扩展，而且裂隙的数量急剧增多，表现为塑性变大.这是因为在卸荷围压时，相当于在初始应力作形特征.由于卸荷过程中虽然产生小孔隙，但部分用下的岩体中施加一个反向的环向“拉应力”，卸荷小孔隙在卸荷作用下不断扩展和贯通，变成大孔隙，围压比不断增大，则“拉应力”不断增大，岩样的侧同时大孔隙也在不断扩展，这样造成大孔隙的数量向变形就越大，其内部裂隙不断产生、扩展和贯通，和孔径均在不断增大，因而图3中T,曲线的大孔隙表现为孔隙度的不断增加.在相同卸荷围压比下，的变化更加显著初始围压为20MPa和30MPa的岩样孔隙度均大于初始围压为10MPa的岩样孔隙度，初始围压为 0.16 1一加-卸载前 2一御荷制压比0 30MPa的岩样孔隙度略大于初始围压为20MPa的 0.14 3一卸荷围压比50% 012 4一卸荷围压比75% 岩样，但曲线在少数点出现交叉现象，是由于岩样之三0.10 5一卸荷围压比90% 间个体的差异造成试验结果在少数点上出现一定的 6一卸荷围压比10D0% 0.08 离散性 2.0m 0.04 ·-初始围压10MPa 0.02 15 ·初始围压20MPa ·一初始围压30MP 10 10 10P 10 10 驰豫时间Ts 1.0 图3初始围压20MPa、不同卸荷围压比的T2谱分布 0.5 Fig.3 T2 spectrum distribution under the confining pressure of 20 MPa at different unloading confining pressure ratios 0102030405060708090100 卸荷制压比/修另外，由图3可以发现，卸荷围压比为0的T2 图4不同初始围压的总孔隙度变化曲线谱曲线与加一卸载前相比，谱面积增大，表明在加载 Fig.4 Curves of total porosity under different initial confining pres- sures 至初始轴、围压的过程中，大理岩虽然以弹性变形为主，但内部仍产生了损伤.卸荷围压比由0增大至另外，由图4可以发现，不同初始围压的岩样的 90%阶段，T,谱面积和峰值的增加幅度均不断加大，总孔隙度增长趋势一致，均随着卸荷围压比的增大， T,谱曲线向右侧移动但移动的幅度较小，表明随着总孔隙度增幅越来越大，表现为曲线的斜率不断增卸荷围压比的增加，大理岩内部孔隙度加速增大，内大，表明岩石内部损伤发展越来越快.当卸荷围压部损伤不断加剧，这种损伤主要表现为孔隙数量的比处于0~50%阶段，各曲线斜率较小，表明这个阶增多，因此该阶段岩样宏观上的扩容增量不大.当段岩石孔隙发育缓慢，损伤增量较小，其原因是岩样卸荷围压比由90%增至100%阶段，T谱面积和峰在加载至初始轴、围压过程中，岩石产生弹性变形，值均急剧增大，同时T,谱曲线向右侧移动幅度较内部的孔隙出现了闭合和挤压，而在卸荷过程中，当

第 12 期胡振襄等: 卸荷岩体细观损伤演化的核磁共振测试明卸荷岩体内部孔隙发育受初始围压影响显著，初始围压越大，相同卸荷围压比作用下的大理岩内部孔隙的孔径就越大，数量就越多，即岩石的孔隙度就越大，内部损伤就越大，且卸荷损伤的差距会随着卸荷围压比的增大而不断加剧．由图 3 可知，在加--卸载前，岩样的初始 T2谱曲线由四个谱峰组成: 从左到右，第一谱峰孤立存在，弛豫时间 T2较小，视作小孔径孔隙; 第 2 ～ 4 谱峰相连，弛豫时间 T2 较大，视作大孔径孔隙．在卸荷阶段，随着卸荷围压比的增大，岩样的第 1 谱峰逐渐向右侧移动，表明小孔隙的孔径不断增大; 第 2 ～ 4 谱峰逐渐发展成一个谱峰，向右侧移动，且谱峰面积和峰值均不断增大，表明岩样内大孔隙的孔径不断增大，数量不断增多，岩样在力的作用下，不仅出现裂隙的扩展，而且裂隙的数量急剧增多，表现为塑性变形特征．由于卸荷过程中虽然产生小孔隙，但部分小孔隙在卸荷作用下不断扩展和贯通，变成大孔隙，同时大孔隙也在不断扩展，这样造成大孔隙的数量和孔径均在不断增大，因而图 3 中 T2曲线的大孔隙的变化更加显著．图 3 初始围压 20 MPa、不同卸荷围压比的 T2谱分布 Fig． 3 T2 spectrum distribution under the confining pressure of 20 MPa at different unloading confining pressure ratios 另外，由图 3 可以发现，卸荷围压比为 0 的 T2 谱曲线与加--卸载前相比，谱面积增大，表明在加载至初始轴、围压的过程中，大理岩虽然以弹性变形为主，但内部仍产生了损伤．卸荷围压比由 0 增大至 90% 阶段，T2谱面积和峰值的增加幅度均不断加大， T2谱曲线向右侧移动但移动的幅度较小，表明随着卸荷围压比的增加，大理岩内部孔隙度加速增大，内部损伤不断加剧，这种损伤主要表现为孔隙数量的增多，因此该阶段岩样宏观上的扩容增量不大．当卸荷围压比由 90% 增至 100% 阶段，T2谱面积和峰值均急剧增大，同时 T2 谱曲线向右侧移动幅度较大，表明卸荷围压比高于 90% 时，大理岩“软化”现象显著，内部孔隙度急剧增大，损伤急剧加大直至破坏，这种损伤表现为孔隙的数量和孔径均急剧增大，因而在宏观上表现为岩样的急剧扩容． 3. 2 孔隙度分析岩体的总孔隙度和不同孔径孔隙的孔隙度变化能够直观地反映岩体内部裂隙发生、扩展和贯通的情况，进而分析岩体的损伤和破坏规律．根据前文所述，将大理岩的 T2谱曲线中第 1 谱峰视为小孔径孔隙，第 2 ～ 4 谱峰视为大孔径孔隙．图 4 为不同初始围压岩样在不同卸荷围压比作用下的总孔隙度变化曲线．由图可知，随着卸荷围压比的增大，不同初始围压的岩样的总孔隙度均不断增大，表明岩石内部裂隙不断发展，损伤不断加大．这是因为在卸荷围压时，相当于在初始应力作用下的岩体中施加一个反向的环向“拉应力”，卸荷围压比不断增大，则“拉应力”不断增大，岩样的侧向变形就越大，其内部裂隙不断产生、扩展和贯通，表现为孔隙度的不断增加．在相同卸荷围压比下，初始围压为 20 MPa 和 30 MPa 的岩样孔隙度均大于初始围压为 10 MPa 的岩样孔隙度，初始围压为 30 MPa的岩样孔隙度略大于初始围压为 20 MPa 的岩样，但曲线在少数点出现交叉现象，是由于岩样之间个体的差异造成试验结果在少数点上出现一定的离散性．图 4 不同初始围压的总孔隙度变化曲线 Fig． 4 Curves of total porosity under different initial confining pressures 另外，由图 4 可以发现，不同初始围压的岩样的总孔隙度增长趋势一致，均随着卸荷围压比的增大，总孔隙度增幅越来越大，表现为曲线的斜率不断增大，表明岩石内部损伤发展越来越快．当卸荷围压比处于 0 ～ 50% 阶段，各曲线斜率较小，表明这个阶段岩石孔隙发育缓慢，损伤增量较小，其原因是岩样在加载至初始轴、围压过程中，岩石产生弹性变形，内部的孔隙出现了闭合和挤压，而在卸荷过程中，当 · 1751 ·

·1572 北京科技大学学报第36卷卸荷围压比较小时“拉应力”较小，岩样变形仍然由图5(a)可知，随着卸荷围压比的增加，不同以弹性变形为主，原有的孔隙恢复或小幅度扩张，所初始围压岩样的小孔隙的孔隙度整体呈增大趋以孔隙度增长较小.当卸荷围压比处于50%~90% 势，但三条曲线变化无明显的一致规律，表明不同段时，曲线斜率变大，表明孔隙度增速加快，岩石的初始围压的大理岩，随着卸荷围压比的增加，细小损伤程度加剧，这是因为卸荷围压比超过50%之裂纹不断发展，但发展趋势没有一致规律.小孔隙后，随着“拉应力”的增大，岩样变形由以弹性变形的孔隙度均较小，低于0.04%，所占岩样总孔隙度为主逐渐转化为塑性变形为主，岩石内部细小裂纹的比例也低于4%，表明在卸荷作用下，大理岩小逐渐扩展成大孔径孔隙，大孔径孔隙的数量增加较孔隙孔隙度虽在增大，但增加值较小，对总孔隙度快，孔径也不断增大.当卸荷围压比处于90%~ 的影响微弱.针对该现象，笔者认为：在卸荷作用 100%(即破坏)阶段，图中各曲线斜率进一步增大，下，大理岩产生新的小孔隙，而部分小孔隙又扩展岩石“软化”现象显著，内部裂隙加速扩展、贯通直为大孔隙，使得小孔隙数量变化具有随机性和动至破坏，岩石内部损伤急剧增加态性. 0.04 20m 。初始压10MPa .一初始围压10MP 0.03 ·初始制压20MPa 1.5 ·一初始围压20MP 这 +-初始压30MP +-初始围压30MP 0.02 1.0 0.01 0.5 0102030405060708090100 0102030405060708090100 卸荷围压比修卸荷压比/保图5不同孔径孔隙的孔隙度变化曲线.(a)小孔隙：(b)大孔隙 Fig.5 Porosity curves of different size microcracks:(a)small microcracks:(b)large microeracks 对比图4和图5(b)可以发现，大孔隙的孔隙度增大，分别处于弹性变形、塑性变形和破坏阶段的岩较大，占大理岩总孔隙度的比例超过96%.大孔隙样内部孔隙动态变化情况：卸荷围压比为50%，岩的孔隙度变化曲线和总孔隙度变化曲线几乎一致，样变形以弹性变形为主，孔隙度增幅较小，表现为均随着卸荷围压比的增大，曲线斜率不断增大，表明图6(c)与图6(b)相比，白斑的亮度和面积增幅均大孔隙的孔隙度不断增大，且增速越来越快，对大理较小；卸荷围压比为75%和90%，岩样变形以塑性岩的孔隙度变化起主导作用.这是因为随着卸荷围变形为主，孔隙度大幅度增加，表现为图6()和压比的增加，小孔径孔隙扩展为大孔径孔隙，原有大图6()中白斑的亮度和面积均显著增大，且卸荷围孔径孔隙也不断扩展，使得大孔隙的数量和孔径均压比越大，增幅越大：卸荷围压比为100%（即破坏）快速增加.可见大理岩的损伤与破坏主要是卸荷作时，产生贯通裂隙，可以发现图6()中有明显的贯用下大孔隙的扩展和贯通造成的通亮斑（图中为条带状，为成像时投影长度较大而 3.3核磁共振成像分析叠加在一起所致).另外，可以发现岩样图像（卸荷对不同卸荷围压比作用后的岩样进行核磁共振围压比100%除外)的白斑分布均匀，表明岩样内的成像测试，其中黑色区域为底色，白色斑点代表为含孔隙在卸荷作用下扩展较均匀，其内部孔隙的受力水的孔隙，白斑面积越大和亮度越高表示孔隙度情况不因所处位置的不同而出现较大变化. 越高。由图7可知，不同初始围压的岩样卸荷至破坏图6为初始围压20MPa的岩样在不同加-卸载时，破坏模式为单斜面剪切破坏，可以发现与之相对阶段的核磁共振图像.可以发现，与图6(a)相比，应的图8中均存在一条贯通亮斑：贯通亮斑的形态图6(b)中白斑的亮度和面积均有增大，但增大趋势差异明显，表明贯通裂隙的发育具有随机性；贯通亮不明显，表明岩样在加载至初始轴、围压的过程中，斑外图像的其他部分能够反映临近破坏时，岩样内虽然处于弹性变形阶段，但仍会产生少量裂纹，原有孔隙的分布情况.初始围压越大，图像的亮度就越裂纹也会小幅度扩展，导致孔隙度较小幅度增大高，表明破坏前，初始围压对大理岩内部孔隙发展具图6(b)~(f)能够直观地反映出随着卸荷围压比的有显著的影响，初始围压越大，内部孔隙度就越大

北京科技大学学报第 36 卷卸荷围压比较小时，“拉应力”较小，岩样变形仍然以弹性变形为主，原有的孔隙恢复或小幅度扩张，所以孔隙度增长较小．当卸荷围压比处于 50% ～ 90% 段时，曲线斜率变大，表明孔隙度增速加快，岩石的损伤程度加剧，这是因为卸荷围压比超过 50% 之后，随着“拉应力”的增大，岩样变形由以弹性变形为主逐渐转化为塑性变形为主，岩石内部细小裂纹逐渐扩展成大孔径孔隙，大孔径孔隙的数量增加较快，孔径也不断增大．当卸荷围压比处于 90% ～ 100% ( 即破坏) 阶段，图中各曲线斜率进一步增大，岩石“软化”现象显著，内部裂隙加速扩展、贯通直至破坏，岩石内部损伤急剧增加．由图 5( a) 可知，随着卸荷围压比的增加，不同初始围压岩样的小孔隙的孔隙度整体呈增大趋势，但三条曲线变化无明显的一致规律，表明不同初始围压的大理岩，随着卸荷围压比的增加，细小裂纹不断发展，但发展趋势没有一致规律．小孔隙的孔隙度均较小，低于 0. 04% ，所占岩样总孔隙度的比例也低于 4% ，表明在卸荷作用下，大理岩小孔隙孔隙度虽在增大，但增加值较小，对总孔隙度的影响微弱．针对该现象，笔者认为: 在卸荷作用下，大理岩产生新的小孔隙，而部分小孔隙又扩展为大孔隙，使得小孔隙数量变化具有随机性和动态性．图 5 不同孔径孔隙的孔隙度变化曲线． ( a) 小孔隙; ( b) 大孔隙 Fig． 5 Porosity curves of different size microcracks: ( a) small microcracks; ( b) large microcracks 对比图 4 和图 5( b) 可以发现，大孔隙的孔隙度较大，占大理岩总孔隙度的比例超过 96% ．大孔隙的孔隙度变化曲线和总孔隙度变化曲线几乎一致，均随着卸荷围压比的增大，曲线斜率不断增大，表明大孔隙的孔隙度不断增大，且增速越来越快，对大理岩的孔隙度变化起主导作用．这是因为随着卸荷围压比的增加，小孔径孔隙扩展为大孔径孔隙，原有大孔径孔隙也不断扩展，使得大孔隙的数量和孔径均快速增加．可见大理岩的损伤与破坏主要是卸荷作用下大孔隙的扩展和贯通造成的． 3. 3 核磁共振成像分析对不同卸荷围压比作用后的岩样进行核磁共振成像测试，其中黑色区域为底色，白色斑点代表为含水的孔隙，白斑面积越大和亮度越高表示孔隙度越高．图 6 为初始围压 20 MPa 的岩样在不同加--卸载阶段的核磁共振图像．可以发现，与图 6( a) 相比，图 6( b) 中白斑的亮度和面积均有增大，但增大趋势不明显，表明岩样在加载至初始轴、围压的过程中，虽然处于弹性变形阶段，但仍会产生少量裂纹，原有裂纹也会小幅度扩展，导致孔隙度较小幅度增大．图 6( b) ～ ( f) 能够直观地反映出随着卸荷围压比的增大，分别处于弹性变形、塑性变形和破坏阶段的岩样内部孔隙动态变化情况: 卸荷围压比为 50% ，岩样变形以弹性变形为主，孔隙度增幅较小，表现为图 6( c) 与图 6( b) 相比，白斑的亮度和面积增幅均较小; 卸荷围压比为 75% 和 90% ，岩样变形以塑性变形为主，孔隙度大幅度增加，表现为图 6 ( d) 和图 6( e) 中白斑的亮度和面积均显著增大，且卸荷围压比越大，增幅越大; 卸荷围压比为 100% ( 即破坏) 时，产生贯通裂隙，可以发现图 6( f) 中有明显的贯通亮斑( 图中为条带状，为成像时投影长度较大而叠加在一起所致) ．另外，可以发现岩样图像( 卸荷围压比 100% 除外) 的白斑分布均匀，表明岩样内的孔隙在卸荷作用下扩展较均匀，其内部孔隙的受力情况不因所处位置的不同而出现较大变化．由图 7 可知，不同初始围压的岩样卸荷至破坏时，破坏模式为单斜面剪切破坏，可以发现与之相对应的图 8 中均存在一条贯通亮斑; 贯通亮斑的形态差异明显，表明贯通裂隙的发育具有随机性; 贯通亮斑外图像的其他部分能够反映临近破坏时，岩样内孔隙的分布情况．初始围压越大，图像的亮度就越高，表明破坏前，初始围压对大理岩内部孔隙发展具有显著的影响，初始围压越大，内部孔隙度就越大， · 2751 ·

·1574 北京科技大学学报第36卷度的96%以上，对大理岩的损伤和破坏起主导 29(9):1807 作用. (邱士利，冯夏庭，张传庆，等.不同卸围压速率下深埋大理 (4)随着卸荷围压比的增加，岩样核磁共振图岩卸荷力学特性试验研究.岩石力学与工程学报，2010,29 (9):1807) 像中白斑的面积和亮度不断增大，直至出现贯通亮 9]Zhang K,Zhou H,Pan P Z,et al.Characteristics of strength of 斑.核磁共振图像能够直观反映出卸荷岩体内部裂 rocks under different unloading rates.Rock Soil Mech,2010,31 隙的结构变化 (7):2072 (张凯，周辉，潘鹏志，等.不同卸荷速率下岩石强度特性研参考文献究.岩土力学，2010,31(7)：2072) [Li J L.Unloading Rock Mass Mechanics.Beijing:China Water [10]Cai M,Kaiser P K,Tasaka Y,et al.Generalized crack initiation Power Press,2003 and crack damage stress thresholds of brittle rock masses near un- (李建林.卸荷岩体力学.北京：中国水利水电出版社，2003) derground excavations.Int J Rock Mech Min Sci,2004,41(5): Lei T.Zhou K P.Hu J H,et al.Mechanics parameters deteriora- 833 tion laws of unloading rock mass by meso-damage mechanics.J [11]Ren J X,Luo Y,Liu W G,et al.Application of computerized Cent South Unin Sci Technol,2013,44(1)275 topography testing technology on studying rock failure mechanism (雷涛，周科平，胡建华，等.卸荷岩体力学参数劣化规律的 under loading and unloading.J Glaciol Geocryol,2002,24(5): 细观损伤分析.中南大学学报：自然科学版，2013,44(1)： 672 275) (任建喜，罗英，刘文刚，等.CT检测技术在岩石加卸载破 B]Han F,Ji H G,Zhang W.Relationship between the acoustic 坏机理研究中的应用.冰川冻土，2002,24(5)：672) characteristics and damage variable in the process of uniaxial load- 02] Zhou X P,Zhang Y X.Unloading Rock Mass Constitutire Theory ing and unloading.JUniv Sci Technol Beijing,2007,29(5):452 and Application.Beijing:Science Press,2007 (韩放，纪洪广，张伟.单轴加卸荷过程中岩石声学特性及其 (周小平，张永新卸荷岩体本构理论及其应用.北京：科学与损伤因子关系.北京科技大学学报，2007,29(5)：452) 出版社，2007) 4]Liu DD.Chen WZ,Yang J P,et al.Experimental research on 03] Coates G,Xiao L Z,Prammer M.Nuclear Magnetic Resonance strength characteristic of brittle rock unloading confining pressure. (NMR)Logging Principles and Its Application.Beijing:Petrole- Rock Soil Mech,2009,30(9):2588 um Industry Press,2007 (刘豆豆，陈卫忠，杨建平，等.脆性岩石卸围压强度特性试 (Coates G,肖立志，Prammer M.核磁共振测井原理与应用. 验研究.岩土力学，2009,30(9)：2588) 北京：石油工业出版社，2007) [5]Ji HG,Hou Z F,Zhang L,et al.Acoustic emission character of [14]The Professional Standards Compilation Group of Peoples Repub- loaded rock under load-unload disturbance.I Uni Sci Technol lic of China.S1264-2001 Specifications for Rock Tests in Water Beng,2011,33(1):1 Conserrancy and Hydroelectric Engineering.Beijing:China Water (纪洪广，侯昭飞，张磊，等.载荷岩石材料在加载卸荷扰动 Power Press,2001 作用下声发射特性.北京科技大学学报，2011,33(1)：1) (中华人民共和国行业标准编写组.SI264一2001水利水电 [6]Wang Z Q,Zhang L M,Sun H.Experimental research on me- 工程岩石试验规程.北京：中国水利水电出版社，2001) chanical properties of limestone containing natural joints under 05] Zhou K P,Li J L,Xu Y J,et al.Measurement of rock pore loading and unloading conditions.Chin Rock Mech Eng,2010, structure based on NMR technology.J Cent South Univ Sci Tech- 29(Suppl1):3308 nal,2012,43(12):4796 (王在泉，张黎明，孙辉.含天然节理灰岩加、卸荷力学特性 (周科平，李杰林，许玉娟，等。基于核磁共振技术的岩石孔试验研究.岩石力学与工程学报，2010,29（增刊1）：3308) 隙结构特征测定.中南大学学报：自然科学版，2012,43 ]Wang R H,Li J L,Jiang YZ,et al.Experimental research on (12):4796) mechanical property of rock mass with prefabricated joints under 16] Zhou K P,Zhang Y M,Li J L,et al.Granite microstructure de- unloading condition.Rock Soil Mech,2012,33(11):3257 terioration characteristic under condition of freezing-hawing based (王瑞红，李建林，蒋昱州，等.含预制节理岩体卸荷条件下 on NMR technology.J Cent South Univ Sci Technol,2013, 力学特性试验研究.岩土力学，2012,33(11)：3257) 44(8):3384 [8]Qiu S L,Feng X T,Zhang C Q,et al.Experimental research on (周科平，张亚民，李杰林，等.冻融花岗岩细观损伤演化的 mechanical properties of deep-buried marble under different unloa- 核磁共振.中南大学学报：自然科学版，2013,44(8)： ding rates of confining pressures.Chin J Rock Mech Eng,2010, 3384)

北京科技大学学报第 36 卷度的 96% 以上，对大理岩的损伤和破坏起主导作用． ( 4) 随着卸荷围压比的增加，岩样核磁共振图像中白斑的面积和亮度不断增大，直至出现贯通亮斑．核磁共振图像能够直观反映出卸荷岩体内部裂隙的结构变化．参考文献［1］ Li J L． Unloading Ｒock Mass Mechanics． Beijing: China Water Power Press，2003 ( 李建林．卸荷岩体力学．北京: 中国水利水电出版社，2003) ［2］ Lei T，Zhou K P，Hu J H，et al． Mechanics parameters deterioration laws of unloading rock mass by meso-damage mechanics． J Cent South Univ Sci Technol，2013，44( 1) : 275 ( 雷涛，周科平，胡建华，等．卸荷岩体力学参数劣化规律的细观损伤分析．中南大学学报: 自然科学版，2013，44 ( 1) : 275) ［3］ Han F，Ji H G，Zhang W．Ｒelationship between the acoustic characteristics and damage variable in the process of uniaxial loading and unloading． J Univ Sci Technol Beijing，2007，29( 5) : 452 ( 韩放，纪洪广，张伟．单轴加卸荷过程中岩石声学特性及其与损伤因子关系．北京科技大学学报，2007，29( 5) : 452) ［4］ Liu D D，Chen W Z，Yang J P，et al． Experimental research on strength characteristic of brittle rock unloading confining pressure．Ｒock Soil Mech，2009，30( 9) : 2588 ( 刘豆豆，陈卫忠，杨建平，等．脆性岩石卸围压强度特性试验研究．岩土力学，2009，30( 9) : 2588) ［5］ Ji H G，Hou Z F，Zhang L，et al． Acoustic emission character of loaded rock under load-unload disturbance． J Univ Sci Technol Beijing，2011，33( 1) : 1 ( 纪洪广，侯昭飞，张磊，等．载荷岩石材料在加载--卸荷扰动作用下声发射特性．北京科技大学学报，2011，33( 1) : 1) ［6］ Wang Z Q，Zhang L M，Sun H． Experimental research on mechanical properties of limestone containing natural joints under loading and unloading conditions． Chin J Ｒock Mech Eng，2010， 29( Suppl 1) : 3308 ( 王在泉，张黎明，孙辉．含天然节理灰岩加、卸荷力学特性试验研究．岩石力学与工程学报，2010，29( 增刊 1) : 3308) ［7］ Wang Ｒ H，Li J L，Jiang Y Z，et al． Experimental research on mechanical property of rock mass with prefabricated joints under unloading condition．Ｒock Soil Mech，2012，33( 11) : 3257 ( 王瑞红，李建林，蒋昱州，等．含预制节理岩体卸荷条件下力学特性试验研究．岩土力学，2012，33( 11) : 3257) ［8］ Qiu S L，Feng X T，Zhang C Q，et al． Experimental research on mechanical properties of deep-buried marble under different unloading rates of confining pressures． Chin J Ｒock Mech Eng，2010， 29( 9) : 1807 ( 邱士利，冯夏庭，张传庆，等．不同卸围压速率下深埋大理岩卸荷力学特性试验研究．岩石力学与工程学报，2010，29 ( 9) : 1807) ［9］ Zhang K，Zhou H，Pan P Z，et al． Characteristics of strength of rocks under different unloading rates．Ｒock Soil Mech，2010，31 ( 7) : 2072 ( 张凯，周辉，潘鹏志，等．不同卸荷速率下岩石强度特性研究．岩土力学，2010，31( 7) : 2072) ［10］ Cai M，Kaiser P K，Tasaka Y，et al． Generalized crack initiation and crack damage stress thresholds of brittle rock masses near underground excavations． Int J Ｒock Mech Min Sci，2004，41( 5) : 833 ［11］Ｒen J X，Luo Y，Liu W G，et al． Application of computerized topography testing technology on studying rock failure mechanism under loading and unloading． J Glaciol Geocryol，2002，24( 5) : 672 ( 任建喜，罗英，刘文刚，等． CT 检测技术在岩石加卸载破坏机理研究中的应用．冰川冻土，2002，24( 5) : 672) ［12］ Zhou X P，Zhang Y X． Unloading Ｒock Mass Constitutive Theory and Application． Beijing: Science Press，2007 ( 周小平，张永新．卸荷岩体本构理论及其应用．北京: 科学出版社，2007) ［13］ Coates G，Xiao L Z，Prammer M． Nuclear Magnetic Ｒesonance ( NMＲ) Logging Principles and Its Application． Beijing: Petroleum Industry Press，2007 ( Coates G，肖立志，Prammer M．核磁共振测井原理与应用．北京: 石油工业出版社，2007) ［14］ The Professional Standards Compilation Group of Peoples Ｒepublic of China． SL264—2001 Specifications for Ｒock Tests in Water Conservancy and Hydroelectric Engineering． Beijing: China Water Power Press，2001 ( 中华人民共和国行业标准编写组． SL264—2001 水利水电工程岩石试验规程．北京: 中国水利水电出版社，2001) ［15］ Zhou K P，Li J L，Xu Y J，et al． Measurement of rock pore structure based on NMＲ technology． J Cent South Univ Sci Technol，2012，43( 12) : 4796 ( 周科平，李杰林，许玉娟，等．基于核磁共振技术的岩石孔隙结构特征测定．中南大学学报: 自然科学版，2012，43 ( 12) : 4796) ［16］ Zhou K P，Zhang Y M，Li J L，et al． Granite microstructure deterioration characteristic under condition of freezing-thawing based on NMＲ technology． J Cent South Univ Sci Technol，2013， 44( 8) : 3384 ( 周科平，张亚民，李杰林，等．冻融花岗岩细观损伤演化的核磁共振．中南大学学报: 自然科学版，2013，44 ( 8 ) : 3384) · 4751 ·

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