·872 工程科学学报，第41卷，第7期 在20~43MPa之间为中等岩爆倾向性：当围压在43 界能，最后为应变能 MPa以上时为强烈岩爆倾向.蔡美峰等[20]基于多 (3)随着围压的增加，当循环加卸载的应力达 重判据得到三山岛金矿-600m水平（最大主应力 到σ时，边界能几乎全部转化为应变能，此时应变 为σ1=27.23MPa)中段花岗岩岩爆倾向性，判别结 能比例均值在90%左右：达到σ时，微裂纹在扩展 果为中等岩爆和强烈岩爆，与模拟结果基本吻合，表 的过程中消耗了一定的能量，应变能比例均值在 明W指标的合理性 75%左右：达到σ时，边界能转化为应变能的比例 综上所述，围压在20MPa内，循环加卸载下围 进一步下降，应变能比例均值在67%左右，但应力 压对三山岛花岗岩岩爆倾向性影响相对较小：当围 门槛值随围压的增加能量值不断增大，说明高围压 压达到30MPa时对岩爆倾向性的影响开始迅速增 下试件破坏时释放的能量越大. 加.随着围压增加岩爆倾向性不断增大，试件损伤 (4)基于细观能量建立了岩爆倾向性指标W., 越来越严重，但通过围压的限制，峰后试件不会马上 根据W指标对三山岛花岗岩进行了分类：当围压小 发生破坏，会形成一定的残余应力，当加载的应力超 于20MPa时为弱岩爆倾向性：当围压在20~43MPa 过残余应力的极限值时将发生剧烈破坏，围压越大 之间为中等岩爆倾向性：当围压在43MPa以上时为 释放的能量也越大，破坏也越剧烈 强烈岩爆倾向.通过试验验证了W指标的可靠性， 5 表明该指标可以相对客观的评价岩爆倾向性，对指 导实际工程有重要的借鉴意义. 强烈岩爆倾向 参考文献 [1]Zhou H,Meng FZ,Zhang C Q,et al.Characteristics and mecha- 中等岩爆倾向 nism of occurrence of stress thresholds and corresponding strain for hard rock.Chin J Rock Mech Eng,2015,34(8):1513 弱岩爆倾向 (周辉，孟凡震，张传庆，等.硬岩应力-应变门槛值特点及产 生机制.岩石力学与工程学报，2015,34(8)：1513) 无岩爆倾向 [2]Heng S,Yang C H.Li Z,et al.Shale brittleness estimation based -50510152025303540455055 on energy dissipation.JCent South Unin Sci Technol,2016,47 围压/MPa (2):577 图13不同围压循环加卸载下W,指标变化曲线 (衡帅，杨春和，李芷，等.基于能量耗散的页岩脆性特征 Fig.13 Variation of W under different confining pressures 中南大学学报（自然科学版），2016,47(2)：577) [3]Wen T,Tang H M,Liu Y R,et al.Energy and damage analysis of slate during triaxial compression under different confining pres- 5结论 sures.Coal Geol Expl,2016,44(3):80 (温韬，唐辉明，刘佑荣，等.不同围压下板岩三轴压缩过程 (1)基于三山岛花岗岩室内巴西劈裂试验、单 能量及损伤分析.煤田地质与勘探，2016,44(3)：80) 轴和三轴压缩试验，运用考虑多组分的混合颗粒黏 [4]Deng H F,Hu Y,Li JL,et al.The evolution of sandstone energy 结模型标定了花岗岩的细观参数，进一步探讨了不 dissipation under cyclic loading and unloading.Chin Rock Mech 同围压下花岗岩三轴循环加卸载试验，绘制了微裂 Eng,2016,35(Suppl1):2869 (邓华锋，胡玉，李建林，等.循环加卸载过程中砂岩能量耗 纹不同扩展阶段的应力-应变曲线，确定了花岗岩 散演化规律.岩石力学与工程学报，2016,35（增刊1）： 应力门槛值的位置，得到了0~50MPa下相应的 2869) 0/o位于37.0%~44.8%区间；0d/:位于 [5]Xie H P,Ju Y,Li L Y,et al.Energy mechanism of deformation 81.2%~89.0%区间. and failure of rock masses.Chin J Rock Mech Eng,2008,27(9): 1729 (2)细观应变能由线性接触应变能和平行黏结 (谢和平，鞠杨，黎立云，等.岩体变形破坏过程的能量机制. 应变能组成，耗散能由摩擦能和阻尼能组成，动能在 岩石力学与工程学报，2008,27(9)：1729) 整个试验过程变化较小，因此可忽略.随着围压的 [6]Zhang ZZ,Gao F.Experimental investigations on energy evolu- 增大，起裂边界能、应变能和耗散能呈线性关系增 tion characteristics of coal,sandstone and granite during loading process.J China Univ Mining Technol,2015,44(3):416 加，损伤（峰值）边界能、应变能和耗散能呈指数关 (张志镇，高峰.3种岩石能量演化特征的试验研究.中国矿 系增加，其中耗散能受围压影响最为敏感，所需能量 业大学学报，2015,44(3)：416) 用来克服颗粒之间作用力，增幅倍数最大，其次是边 [7]Kidybifiski A.Bursting liability indices of coal.Int J Rock Mech工程科学学报,第 41 卷,第 7 期 在 20 ~ 43 MPa 之间为中等岩爆倾向性;当围压在 43 MPa 以上时为强烈岩爆倾向. 蔡美峰等[20] 基于多 重判据得到三山岛金矿 - 600 m 水平(最大主应力 为 滓1 = 27郾 23 MPa)中段花岗岩岩爆倾向性,判别结 果为中等岩爆和强烈岩爆,与模拟结果基本吻合,表 明 Wx指标的合理性. 综上所述,围压在 20 MPa 内,循环加卸载下围 压对三山岛花岗岩岩爆倾向性影响相对较小;当围 压达到 30 MPa 时对岩爆倾向性的影响开始迅速增 加. 随着围压增加岩爆倾向性不断增大,试件损伤 越来越严重,但通过围压的限制,峰后试件不会马上 发生破坏,会形成一定的残余应力,当加载的应力超 过残余应力的极限值时将发生剧烈破坏,围压越大 释放的能量也越大,破坏也越剧烈. 图 13 不同围压循环加卸载下 Wx指标变化曲线 Fig. 13 Variation of Wx under different confining pressures 5 结论 (1)基于三山岛花岗岩室内巴西劈裂试验、单 轴和三轴压缩试验,运用考虑多组分的混合颗粒黏 结模型标定了花岗岩的细观参数,进一步探讨了不 同围压下花岗岩三轴循环加卸载试验,绘制了微裂 纹不同扩展阶段的应力鄄鄄 应变曲线,确定了花岗岩 应力门槛值的位置,得到了 0 ~ 50 MPa 下相应的 滓ci / 滓f 位 于 37郾 0% ~ 44郾 8% 区 间; 滓cd / 滓f 位 于 81郾 2% ~ 89郾 0% 区间. (2)细观应变能由线性接触应变能和平行黏结 应变能组成,耗散能由摩擦能和阻尼能组成,动能在 整个试验过程变化较小,因此可忽略. 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,其中耗散能受围压影响最为敏感,所需能量 用来克服颗粒之间作用力,增幅倍数最大,其次是边 界能,最后为应变能. (3)随着围压的增加,当循环加卸载的应力达 到 滓ci时,边界能几乎全部转化为应变能,此时应变 能比例均值在 90% 左右;达到 滓cd时,微裂纹在扩展 的过程中消耗了一定的能量,应变能比例均值在 75% 左右;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,但应力 门槛值随围压的增加能量值不断增大,说明高围压 下试件破坏时释放的能量越大. (4)基于细观能量建立了岩爆倾向性指标 Wx, 根据 Wx指标对三山岛花岗岩进行了分类:当围压小 于 20 MPa 时为弱岩爆倾向性;当围压在 20 ~ 43 MPa 之间为中等岩爆倾向性;当围压在 43 MPa 以上时为 强烈岩爆倾向. 通过试验验证了 Wx指标的可靠性, 表明该指标可以相对客观的评价岩爆倾向性,对指 导实际工程有重要的借鉴意义. 参 考 文 献 [1] Zhou H, Meng F Z, Zhang C Q, et al. Characteristics and mecha鄄 nism of occurrence of stress thresholds and corresponding strain for hard rock. Chin J Rock Mech Eng, 2015, 34(8): 1513 (周辉, 孟凡震, 张传庆, 等. 硬岩应力鄄鄄应变门槛值特点及产 生机制. 岩石力学与工程学报, 2015, 34(8): 1513) [2] Heng S, Yang C H, Li Z, et al. Shale brittleness estimation based on energy dissipation. J Cent South Univ Sci Technol, 2016, 47 (2): 577 (衡帅, 杨春和, 李芷, 等. 基于能量耗散的页岩脆性特征. 中南大学学报(自然科学版), 2016, 47(2): 577) [3] Wen T, Tang H M, Liu Y R, et al. Energy and damage analysis of slate during triaxial compression under different confining pres鄄 sures. Coal Geol Expl, 2016, 44(3): 80 (温韬, 唐辉明, 刘佑荣, 等. 不同围压下板岩三轴压缩过程 能量及损伤分析. 煤田地质与勘探, 2016, 44(3): 80) [4] Deng H F, Hu Y, Li J L, et al. The evolution of sandstone energy dissipation under cyclic loading and unloading. Chin J Rock Mech Eng, 2016, 35(Suppl 1): 2869 (邓华锋, 胡玉, 李建林, 等. 循环加卸载过程中砂岩能量耗 散演化规律. 岩石力学与工程学报, 2016, 35 ( 增刊 1 ): 2869) [5] Xie H P, Ju Y, Li L Y, et al. Energy mechanism of deformation and failure of rock masses. Chin J Rock Mech Eng, 2008, 27(9): 1729 (谢和平, 鞠杨, 黎立云, 等. 岩体变形破坏过程的能量机制. 岩石力学与工程学报, 2008, 27(9): 1729) [6] Zhang Z Z, Gao F. Experimental investigations on energy evolu鄄 tion characteristics of coal, sandstone and granite during loading process. J China Univ Mining Technol, 2015, 44(3): 416 (张志镇, 高峰. 3 种岩石能量演化特征的试验研究. 中国矿 业大学学报, 2015, 44(3): 416) [7] Kidybi俳ski A. Bursting liability indices of coal. Int J Rock Mech ·872·