张英等：循环荷载下花岗岩应力门槛值的细观能量演化及岩爆倾向性 871· 强烈岩爆倾向 12 中等岩爆倾向 0.7 弱岩爆倾向 0.6 ·一起裂应变能 +一损伤应变能 0.5 ◆一蜂值应变能 0.40510152025303540455055 围压MPa -50510152025303540455055 围压MPa 图10不同围压下应力门槛值应变能比例变化曲线 图11不同围压循环加卸载下W,指标变化曲线 Fig.10 Strain energy ratio curves of stress thresholds under different Fig.11 Variation of W:under different confining pressures confining pressures 对应的弹性应变能和耗散能值，通过计算得到W 量决定.然而该指标没有考虑弹性应变能和耗散能 指标，循环加卸载下的W指标随着围压的增加不 的变化，所以评价岩石的岩爆倾向性存在偏差 断减小，这是由于围压越大，循环次数越多，内部损 3.5 伤越大，耗散能的积累速度大于弹性应变能的积累 强烈岩爆倾向 3.0 速度，导致W值不断降低.根据表3中W分类标 2.5 中等岩爆倾向 准可知，不同围压循环加卸载下W指标均为弱岩 爆倾向性，与蔡美峰等20]评价的三山岛花岗岩岩爆 2.0 弱岩爆倾向 倾向性不符，并且该指标无法反映峰后破坏能量变 1.5 化及破坏剧烈程度 10 表3岩爆倾向性评价指标 0.5 无岩爆倾向 Table 3 Evaluation indexes for rock burst proneness 评价 0510152025303540455055 计算公式 指标分类标准 指标 围压/MPa Wat=Ex/Ep 图12不同围压循环加卸载下W指标变化曲线 Sigh[]的硬岩分类标准： E.为卸载时恢复的弹性应 W<10,弱岩爆倾向： Fig.12 Variation of W under different confining pressures W 变能 10≤W.<15,中等岩爆倾向： E,为加卸载循环中耗散的 W≥15，强烈岩爆倾向. 4.2基于细观能量建立W指标 能量 本文基于细观能量提出的新指标为：模拟试件 W4≤1，无岩爆倾向： Wa=E/E2 在峰值强度前获得的弹性应变能与峰值强度后直到 1<W:≤2弱岩爆倾向： E,为蜂前总能量， 2<W4≤3，中等岩爆倾向： 残余变形阶段所消耗能量之比，用W表示，见公式 E,为峰后总能量 W4>3,强烈岩爆倾向. (7),该指标利用颗粒流自定义程序明确区分了弹 性应变能和耗散能，可以弥补W指标和W指标的 图12中，通过提取不同围压下峰前总能量和峰 缺点 后总能量，通过计算得到W指标，循环加卸载下的 E W指标随着围压的增加总体在不断递增，说明随着 w、=E一EE (7) 围压增大，岩爆倾向性在增大.根据表3中W分类 式中：E。为峰前集聚的弹性应变能，E。为峰值强度 标准可知，不同围压循环加卸载下W指标为无和 后到残余变形阶段消耗的能量，E。,为峰值强度后到 弱岩爆倾向性，与蔡美峰等[20]评价的三山岛花岗岩 残余变形阶段剩余的能量. 岩爆倾向性不符.由于岩石在压缩过程中集聚的能 如图13可知，根据式(7)，计算出不同围压循 量中只有弹性应变能在破坏时才能释放，耗散能则 环加卸载下的W值，W值随着围压的增加先缓慢增 无法释放且不可恢复，岩石的破坏模式和剧烈程度 加，之后急剧增大.该指标采用表3中W分类标 主要由峰前聚集的弹性应变能及其破坏后的释放能 准，当围压小于20MPa时为弱岩爆倾向性；当围压张 英等: 循环荷载下花岗岩应力门槛值的细观能量演化及岩爆倾向性 图 10 不同围压下应力门槛值应变能比例变化曲线 Fig. 10 Strain energy ratio curves of stress thresholds under different confining pressures 对应的弹性应变能和耗散能值,通过计算得到 Wet 指标,循环加卸载下的 Wet指标随着围压的增加不 断减小,这是由于围压越大,循环次数越多,内部损 伤越大,耗散能的积累速度大于弹性应变能的积累 速度,导致 Wet值不断降低. 根据表 3 中 Wet分类标 准可知,不同围压循环加卸载下 Wet 指标均为弱岩 爆倾向性,与蔡美峰等[20]评价的三山岛花岗岩岩爆 倾向性不符,并且该指标无法反映峰后破坏能量变 化及破坏剧烈程度. 表 3 岩爆倾向性评价指标 Table 3 Evaluation indexes for rock burst proneness 评价 指标 计算公式 指标分类标准 Wet Wet = ER / ED ER为卸载时恢复的弹性应 变能, ED为加卸载循环中耗散的 能量. Singh [19]的硬岩分类标准: Wet <10,弱岩爆倾向; 10臆Wet <15,中等岩爆倾向; Wet逸15,强烈岩爆倾向. Wcf Wcf = E1 / E2 E1为峰前总能量, E2为峰后总能量. Wcf臆1,无岩爆倾向; 1 < Wcf臆2,弱岩爆倾向; 2 < Wcf臆3,中等岩爆倾向; Wcf >3,强烈岩爆倾向. 图 12 中,通过提取不同围压下峰前总能量和峰 后总能量,通过计算得到 Wcf指标,循环加卸载下的 Wcf指标随着围压的增加总体在不断递增,说明随着 围压增大,岩爆倾向性在增大. 根据表 3 中 Wcf分类 标准可知,不同围压循环加卸载下 Wcf 指标为无和 弱岩爆倾向性,与蔡美峰等[20]评价的三山岛花岗岩 岩爆倾向性不符. 由于岩石在压缩过程中集聚的能 量中只有弹性应变能在破坏时才能释放,耗散能则 无法释放且不可恢复,岩石的破坏模式和剧烈程度 主要由峰前聚集的弹性应变能及其破坏后的释放能 图 11 不同围压循环加卸载下 Wet指标变化曲线 Fig. 11 Variation of Wet under different confining pressures 量决定. 然而该指标没有考虑弹性应变能和耗散能 的变化,所以评价岩石的岩爆倾向性存在偏差. 图 12 不同围压循环加卸载下 Wcf指标变化曲线 Fig. 12 Variation of Wcf under different confining pressures 4郾 2 基于细观能量建立 Wx指标 本文基于细观能量提出的新指标为:模拟试件 在峰值强度前获得的弹性应变能与峰值强度后直到 残余变形阶段所消耗能量之比,用 Wx表示,见公式 (7),该指标利用颗粒流自定义程序明确区分了弹 性应变能和耗散能,可以弥补 Wet指标和 Wcf指标的 缺点. Wx = Ee,f Ee,s = Ee,f Ee,f - Ee,r (7) 式中:Ee,f为峰前集聚的弹性应变能,Ee,s为峰值强度 后到残余变形阶段消耗的能量,Ee,r为峰值强度后到 残余变形阶段剩余的能量. 如图 13 可知,根据式(7),计算出不同围压循 环加卸载下的 Wx值,Wx值随着围压的增加先缓慢增 加,之后急剧增大. 该指标采用表 3 中 Wcf 分类标 准,当围压小于 20 MPa 时为弱岩爆倾向性;当围压 ·871·