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 pres￾sures 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 ·