D0L:10.13374.issn1001-053x.2012.12.019 第34卷第12期 北京科技大学学。报 Vol.34 No.12 2012年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.2012 岩石材料脆性剪切破坏模式下的强度分析 必 远） 乔兰”四隋智力 李庆文) 1)北京科技大学金属矿山高效开采与安全教有部重点实验室，北京1000832)北京城市学院城市建设学部，北京100083 ☒通信作者，E-mail:lanqiao@usth.edu.cn 摘要使用声发射法与三轴试验相结合的方法对岩石试样微裂隙产生和发展进行监测，以获取岩石脆性剪切混合破坏模 式的特点.采用断裂力学与岩石力学理论相结合的方式进行理论分析和试验数据处理，得到了试样三阶段特征强度随应力状 态变化的规律，并提出了一种适用于岩石脆性、剪切混合型破坏强度分析方法，据此建立了Mohr-Coulomb、Gith和 Hoek-Brown等强度准则与脆、剪混合强度模型的关系.采用此模型对水厂边坡混合花岗岩的全应力一应变试验数据进行脆剪 混合强度分析，理论值与试验值具有良好的一致性. 关键词岩石力学：脆性断裂：剪切：本构关系：材料强度：压缩试验：声发射 分类号TU452 Strength analysis of rock material under the brittle shear failure mode LI Yuan),QIAO Lan,SUI Zhii),LI Qing-en) 1)State Key Laboratory of High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines (Ministry of Education),University of Science and Technology Beijing,Bei- jing 100083,China 2)City Construction Department,Beijing City University,Beijing 100083,China Corresponding author,E-mail:langiao@ustb.edu.cn ABSTRACT To obtain brittle shear character parameters,acoustic emission accompanied with triaxial stress-strain test was applied to monitor the initiation and expanding of micro cracks in rock material.Theoretical analysis and data processing were carried out based on the theories of fracture mechanics and general rock mechanics,relations between the feature strength of three stages and the stress state were obtained,and a method was proposed for analyzing the brittle shear failure of rock material.The relationships of the Mohr-Coulomb strength theory,Griffith strength theory and Hoek-Brown criterion with the brittle-shear coupled strength model were discussed.Strength analysis of mixed granite in Shuichang slope was carried out by the brittle shear failure model,and the result of comparison shows strong correlation between test data and theory values. KEY WORDS rock mechanics;brittle fracture;shearing:constitutive models;strength of materials:compression testing:acoustic emissions 工程材料的基本破坏形式有脆性断裂和塑性屈 (尤其是硬岩破坏)有明显的脆性剪切破坏特征，即 服两种，其中脆性断裂的理论包括最大拉应力理论 破坏中存在脆断破裂和剪切滑动两种变形破坏机 和最大线应变理论，塑性屈服理论中有最大剪应力 制，而常规强度准则在理论解释和强度计算上都出 理论和形状改变能密度理论四.目前岩石力学领域 现了不同程度的偏差.随着地下开挖深度的不断增 应用的主要强度理论中Mohr-Coulomb强度理论、 大“脆性增强”现象的研究也成为深部岩体本构特 Drucker-Prager准则和统一强度理论等均为剪切强 性的一个重要课题B- 度理论，Griffith准则为脆断强度理论，Hoek-Brown 针对岩石、岩体的脆性剪切破坏特征，Martin) 准则为基于试验的经验型强度准则-).岩石材料 在20世纪90年代提出了针对脆性硬岩破坏的m= 破坏是一个复杂的过程，大量研究发现岩石破坏 O(Hoek-Brown强度准则中的强度参数)准则.赵星 收稿日期：2011-11-25 基金项目：国家重点基础研究发展计划资助项目(2010CB731501)第 34 卷 第 12 期 2012 年 12 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 34 No． 12 Dec． 2012 岩石材料脆性剪切破坏模式下的强度分析 李 远1) 乔 兰1)  隋智力2) 李庆文1) 1) 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083 2) 北京城市学院城市建设学部，北京 100083  通信作者，E-mail: lanqiao@ ustb． edu． cn 摘 要 使用声发射法与三轴试验相结合的方法对岩石试样微裂隙产生和发展进行监测，以获取岩石脆性剪切混合破坏模 式的特点． 采用断裂力学与岩石力学理论相结合的方式进行理论分析和试验数据处理，得到了试样三阶段特征强度随应力状 态变化的规律，并提出了一种适用于岩石脆性、剪切混合型破坏强度分析方法，据 此 建 立 了 Mohr-Coulomb、Griffith 和 Hoek-Brown等强度准则与脆、剪混合强度模型的关系． 采用此模型对水厂边坡混合花岗岩的全应力--应变试验数据进行脆剪 混合强度分析，理论值与试验值具有良好的一致性． 关键词 岩石力学; 脆性断裂; 剪切; 本构关系; 材料强度; 压缩试验; 声发射 分类号 TU452 Strength analysis of rock material under the brittle shear failure mode LI Yuan1) ，QIAO Lan1)  ，SUI Zhi-li 2) ，LI Qing-wen1) 1) State Key Laboratory of High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines ( Ministry of Education) ，University of Science and Technology Beijing，Bei￾jing 100083，China 2) City Construction Department，Beijing City University，Beijing 100083，China  Corresponding author，E-mail: lanqiao@ ustb． edu． cn ABSTRACT To obtain brittle shear character parameters，acoustic emission accompanied with triaxial stress-strain test was applied to monitor the initiation and expanding of micro cracks in rock material． Theoretical analysis and data processing were carried out based on the theories of fracture mechanics and general rock mechanics，relations between the feature strength of three stages and the stress state were obtained，and a method was proposed for analyzing the brittle shear failure of rock material． The relationships of the Mohr-Coulomb strength theory，Griffith strength theory and Hoek-Brown criterion with the brittle-shear coupled strength model were discussed． Strength analysis of mixed granite in Shuichang slope was carried out by the brittle shear failure model，and the result of comparison shows strong correlation between test data and theory values． KEY WORDS rock mechanics; brittle fracture; shearing; constitutive models; strength of materials; compression testing; acoustic emissions 收稿日期: 2011--11--25 基金项目: 国家重点基础研究发展计划资助项目( 2010CB731501) 工程材料的基本破坏形式有脆性断裂和塑性屈 服两种，其中脆性断裂的理论包括最大拉应力理论 和最大线应变理论，塑性屈服理论中有最大剪应力 理论和形状改变能密度理论［1］． 目前岩石力学领域 应用的主要强度理论中 Mohr-Coulomb 强度理论、 Drucker-Prager 准则和统一强度理论等均为剪切强 度理论，Griffith 准则为脆断强度理论，Hoek-Brown 准则为基于试验的经验型强度准则［2--4］． 岩石材料 破坏是一个复杂的过程，大量研究发现岩石破坏 ( 尤其是硬岩破坏) 有明显的脆性剪切破坏特征，即 破坏中存在脆断破裂和剪切滑动两种变形破坏机 制，而常规强度准则在理论解释和强度计算上都出 现了不同程度的偏差． 随着地下开挖深度的不断增 大，“脆性增强”现象的研究也成为深部岩体本构特 性的一个重要课题［5--6］． 针对岩石、岩体的脆性剪切破坏特征，Martin ［7］ 在 20 世纪 90 年代提出了针对脆性硬岩破坏的 m = 0( Hoek-Brown 强度准则中的强度参数) 准则． 赵星 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2012.12.019