·870· 工程科学学报，第41卷，第7期 得应力门槛值对应的边界能、应变能和耗散能随围 最为敏感，增幅倍数最大，其次是边界能，最后为应 压变化的拟合关系.随着围压的增大，起裂边界能、 变能.说明随着围压的增加，用来克服颗粒之间作 应变能和耗散能呈线性关系增加，损伤（峰值）边界 用力所消耗的能量会随之增加.总体来看，高围压 能、应变能和耗散能呈指数关系增加.当围压从0 下试件在峰值处储存的应变能量级较大，因此试 MPa升到50MPa时，起裂、损伤和峰值边界能增幅 件破坏时内部损伤严重，所以，当处于较高围压状 分别达11倍、19倍和23倍：起裂、损伤和峰值应变 态的岩体在进行地下巷道、酮室工程开挖卸荷时， 能增幅分别达13倍、15倍和16倍：起裂、损伤和峰 围压降低将诱发储存在岩体中的应变能突然释 值耗散能增幅分别达22倍、63倍和71倍.通过对 放，耗散能急剧增加，最终导致围岩失稳破坏（或 比图9(a)、(b)和(c)可以看出，耗散能受围压影响 发生岩爆) 1000r 600r (a) 1=e36126-00m4s-6914210r4,2 (b) 800 R2-0.99826 500 3=e506i94006785-360s102 2=0.99844 600 y=e368400672-270a5x10-+h2 400 R2=0.99639 B =e16996+0w723-318478xl04,2 300 R=0.99913 400■起裂边界能 ■起裂应变能 ·损伤边界能 200·损伤应变能 ▲峰值边界能 ▲峰值应变能 100 0 0 1-157162x+0.52125R2-0.96183 1y=2.05289x-4.74401R2-0.94205 -2000510152025303540455055 -1000510152025303540455055 围压/MPa 围压/MPa 400- ( =e13200161s2a142 320 R2-0.9976 240 3=e1817+79-27610-52 R2=0.98913 160- ■起裂耗散能 ·损伤耗散能 ▲峰值耗散能 80 y=0.32438x-0.24716R2-0.95215 -800510152025303540455055 围压MPa 图9不同围压下应力门槛值细观能量变化曲线.(a)边界能：(b)应变能：(c)耗散能 Fig.9 Energy evolution curves of stress thresholds under different confining pressures:(a)boundary energy;(b)strain energy;(c)dissipation energy 图10为不同围压三轴循环加卸载条件下应力 右，虽然应变能所占比例随着围压的增加不断减小， 门槛值应变能比例变化曲线，反映了不同围压下能 但其能量值还在不断增大.说明围压越大，试件内 量分配规律，通过公式(4)可知，边界能转化成应变 部损伤越严重，导致破坏时释放的能量越大 能和耗散能，因此仅对应变能比例（应变能与边界 4基于细观能量的岩爆倾向性评价 能之比)变化曲线进行分析.当应力达到σ时，试 件边界能几乎全部转化为应变能，耗散能所占比例 4.1W和W.岩爆倾向性指标分析 较小，随着围压的增大，应变能比例基本稳定，应变 目前，国内外学者已经提出了十几种岩爆倾向 能比例均值在90%左右.当应力达到σ时，微裂纹 性评价指标或方法，如表3所示，本文仅列出当前常 扩展过程中消耗了一定的能量，因此边界能转化为 用的两个岩爆倾向性指标W和W4,其中W指标 应变能的比例下降，此时应变能所占比例随着围压 是Kidybinskit]根据单轴压缩试验加载到0.8~0.9 的增加也在缓慢减小，应变能比例均值在75%左 倍峰值强度（本文视为σ）并卸荷释放的弹性能与 右，但其能量值不断增大，耗散能的能量值与所占比 耗散能比值作为岩爆倾向性指标，反映峰前储能比 例都有所增加.当应力达到σ时，边界能转化为应 例：W指标o]是指峰值前后总能量的比值. 变能的比例进一步下降，应变能比例均值在67%左 图11中，通过提取不同围压循环加卸载下σ。工程科学学报,第 41 卷,第 7 期 得应力门槛值对应的边界能、应变能和耗散能随围 压变化的拟合关系. 随着围压的增大,起裂边界能、 应变能和耗散能呈线性关系增加,损伤(峰值)边界 能、应变能和耗散能呈指数关系增加. 当围压从 0 MPa 升到 50 MPa 时,起裂、损伤和峰值边界能增幅 分别达 11 倍、19 倍和 23 倍;起裂、损伤和峰值应变 能增幅分别达 13 倍、15 倍和 16 倍;起裂、损伤和峰 值耗散能增幅分别达 22 倍、63 倍和 71 倍. 通过对 比图 9(a)、(b)和(c)可以看出,耗散能受围压影响 最为敏感,增幅倍数最大,其次是边界能,最后为应 变能. 说明随着围压的增加,用来克服颗粒之间作 用力所消耗的能量会随之增加. 总体来看,高围压 下试件在峰值处储存的应变能量级较大,因此试 件破坏时内部损伤严重,所以,当处于较高围压状 态的岩体在进行地下巷道、硐室工程开挖卸荷时, 围压降低将诱发储存在岩体中的应变能突然释 放,耗散能急剧增加,最终导致围岩失稳破坏( 或 发生岩爆) . 图 9 不同围压下应力门槛值细观能量变化曲线 郾 (a) 边界能;(b) 应变能;(c) 耗散能 Fig. 9 Energy evolution curves of stress thresholds under different confining pressures: (a) boundary energy;(b) strain energy;(c) dissipation energy 图 10 为不同围压三轴循环加卸载条件下应力 门槛值应变能比例变化曲线,反映了不同围压下能 量分配规律,通过公式(4)可知,边界能转化成应变 能和耗散能,因此仅对应变能比例(应变能与边界 能之比)变化曲线进行分析. 当应力达到 滓ci时,试 件边界能几乎全部转化为应变能,耗散能所占比例 较小,随着围压的增大,应变能比例基本稳定,应变 能比例均值在 90% 左右. 当应力达到 滓cd时,微裂纹 扩展过程中消耗了一定的能量,因此边界能转化为 应变能的比例下降,此时应变能所占比例随着围压 的增加也在缓慢减小,应变能比例均值在 75% 左 右,但其能量值不断增大,耗散能的能量值与所占比 例都有所增加. 当应力达到 滓f时,边界能转化为应 变能的比例进一步下降,应变能比例均值在 67% 左 右,虽然应变能所占比例随着围压的增加不断减小, 但其能量值还在不断增大. 说明围压越大,试件内 部损伤越严重,导致破坏时释放的能量越大. 4 基于细观能量的岩爆倾向性评价 4郾 1 Wet和 Wcf岩爆倾向性指标分析 目前,国内外学者已经提出了十几种岩爆倾向 性评价指标或方法,如表 3 所示,本文仅列出当前常 用的两个岩爆倾向性指标 Wet和 Wcf,其中 Wet指标 是 Kidybinski [7]根据单轴压缩试验加载到 0郾 8 ~ 0郾 9 倍峰值强度(本文视为 滓cd )并卸荷释放的弹性能与 耗散能比值作为岩爆倾向性指标,反映峰前储能比 例;Wcf指标[10]是指峰值前后总能量的比值. 图 11 中,通过提取不同围压循环加卸载下 滓cd ·870·