左江江等：充填物对含孔洞大理岩力学特性影响规律试验研究 ·781· 高，而在充填条件下，屈服破坏后，声发射频率较低， 度也比较小.而含孔洞试件，在孔洞两侧有两条贯 但都在失稳破坏后振铃计数达到最大值.说明在充 通整个试件的裂纹，且在端部位置，发育有较多裂 填条件下，屈服阶段裂纹扩展程度相对较小，孔洞周 纹，从试件侧面贯通，部分区域形成块体掉落.表明 围裂隙发展得到抑制，有利于试件的稳定 含孔洞试件破坏程度更严重，裂隙发育更充分，易形 成大的破坏块体，裂纹扩展规律与声发射特征一致 4裂纹扩展及CT扫描结果分析 性较好 图8是试件单轴压缩破坏后的裂纹情况及不同 (2)从破坏模式上分析，含孔洞试件破坏较为 部位CT扫描结果.由于篇幅有限，仅对每组一个试 单一，以张拉破坏为主.从试件后侧两张CT扫描剖 件进行分析，并且比较它们裂纹发展特征的异同. 面可以发现，横穿试件的两条裂纹，可能是试件上侧 (1)在试验过程中观察到，裂纹最先出现在孔 裂纹从孔周边延伸至试件端部后，将试件分为两个 洞附近，垂直于孔洞起裂，且主裂纹平行于荷载方向 受力部分，在轴向荷载作用下，以孔洞边沿为作用点 扩展，随着轴向应力的增加，孔洞周边的裂纹长度及 产生弯矩，两侧又形成拉应力区，导致该裂纹的产 宽度逐渐变大.裂纹均表现出张拉破坏的特点，分 生.在充填条件下，裂纹集中在孔洞周围，有部分小 散在孔洞两侧，未充填试件孔洞上下发育有两条细 裂纹沿端部发展，表现为张拉破坏的特征，另一部分 小裂纹，但未形成贯通性破坏.充填条件下(F1-1) 小裂纹相互贯通，向试件侧面发展，形成“X”状，表 较未充填(S2-2)孔洞周边的裂纹更细更分散[]， 现为剪切破坏的特征.孔洞处充填的石膏，在整个 说明充填物能改变裂纹尖端的应力强度因子[8]，给 过程中未出现裂纹发展或从孔洞挤出，说明试件仍 裂纹充分发育的时间.试件破坏后，充填孔洞试件 是主要荷载.在峰后屈服阶段，通过应力-应变曲线 破坏范围主要集中在中部，仅有两条向试件端部扩 与未充填条件下的对比发现，充填物能改善试件力 展的主裂纹，右侧的裂纹贯穿整个试件，两条裂纹宽 学特征，减缓裂纹的扩展. (a) 图8试件破坏模式及CT扫描结果.(a)S2-2:(b)F1-1 Fig.8 Damage modes of specimens and the corresponding CT scan results:(a)S2-2;(b)F1-1 射频率较低，整体失稳时振铃计数都达到最大值， 5结论 (3)含孔洞破坏较为单一，主裂纹以张拉破坏 (1)石膏充填物可明显提高含孔洞大理岩的峰 为主，翼裂纹在试件端部发育较多.充填试件裂纹 值强度，提高幅度约为10.62%.试件破坏前，含孔 较为复杂，其主裂纹沿轴向发育，但孔洞周边的裂纹 洞大理岩和石膏充填后大理岩试件的曲线特征相 更细更分散，小裂纹相互贯通，形成“X”状剪切破坏 似，峰后特征有所差异，后者变形局部化阶段更明 的特征，表明石膏充填物能够抑制裂纹的发展 显，表现出渐进破坏 (2)声发射试验表明，含孔洞试件在屈服破坏 参考文献 后，声发射频率更高，而在充填条件下，破坏后声发 [1]Yang S Q,Liu X R,Li Y S.Experimental analysis of mechanical左江江等: 充填物对含孔洞大理岩力学特性影响规律试验研究 高,而在充填条件下,屈服破坏后,声发射频率较低, 但都在失稳破坏后振铃计数达到最大值. 说明在充 填条件下,屈服阶段裂纹扩展程度相对较小,孔洞周 围裂隙发展得到抑制,有利于试件的稳定. 4 裂纹扩展及 CT 扫描结果分析 图 8 是试件单轴压缩破坏后的裂纹情况及不同 部位 CT 扫描结果. 由于篇幅有限,仅对每组一个试 件进行分析,并且比较它们裂纹发展特征的异同. (1)在试验过程中观察到,裂纹最先出现在孔 洞附近,垂直于孔洞起裂,且主裂纹平行于荷载方向 扩展,随着轴向应力的增加,孔洞周边的裂纹长度及 宽度逐渐变大. 裂纹均表现出张拉破坏的特点,分 散在孔洞两侧,未充填试件孔洞上下发育有两条细 小裂纹,但未形成贯通性破坏. 充填条件下(F1鄄鄄1) 较未充填( S2鄄鄄2)孔洞周边的裂纹更细更分散[17] , 说明充填物能改变裂纹尖端的应力强度因子[18] ,给 裂纹充分发育的时间. 试件破坏后,充填孔洞试件 破坏范围主要集中在中部,仅有两条向试件端部扩 展的主裂纹,右侧的裂纹贯穿整个试件,两条裂纹宽 度也比较小. 而含孔洞试件,在孔洞两侧有两条贯 通整个试件的裂纹,且在端部位置,发育有较多裂 纹,从试件侧面贯通,部分区域形成块体掉落. 表明 含孔洞试件破坏程度更严重,裂隙发育更充分,易形 成大的破坏块体,裂纹扩展规律与声发射特征一致 性较好. (2)从破坏模式上分析,含孔洞试件破坏较为 单一,以张拉破坏为主. 从试件后侧两张 CT 扫描剖 面可以发现,横穿试件的两条裂纹,可能是试件上侧 裂纹从孔周边延伸至试件端部后,将试件分为两个 受力部分,在轴向荷载作用下,以孔洞边沿为作用点 产生弯矩,两侧又形成拉应力区,导致该裂纹的产 生. 在充填条件下,裂纹集中在孔洞周围,有部分小 裂纹沿端部发展,表现为张拉破坏的特征,另一部分 小裂纹相互贯通,向试件侧面发展,形成“X冶状,表 现为剪切破坏的特征. 孔洞处充填的石膏,在整个 过程中未出现裂纹发展或从孔洞挤出,说明试件仍 是主要荷载. 在峰后屈服阶段,通过应力鄄鄄应变曲线 与未充填条件下的对比发现,充填物能改善试件力 学特征,减缓裂纹的扩展. 图 8 试件破坏模式及 CT 扫描结果 郾 (a)S2鄄鄄2; (b)F1鄄鄄1 Fig. 8 Damage modes of specimens and the corresponding CT scan results: (a)S2鄄鄄2; (b)F1鄄鄄1 5 结论 (1)石膏充填物可明显提高含孔洞大理岩的峰 值强度,提高幅度约为 10郾 62% . 试件破坏前,含孔 洞大理岩和石膏充填后大理岩试件的曲线特征相 似,峰后特征有所差异,后者变形局部化阶段更明 显,表现出渐进破坏. (2)声发射试验表明,含孔洞试件在屈服破坏 后,声发射频率更高,而在充填条件下,破坏后声发 射频率较低,整体失稳时振铃计数都达到最大值. (3)含孔洞破坏较为单一,主裂纹以张拉破坏 为主,翼裂纹在试件端部发育较多. 充填试件裂纹 较为复杂,其主裂纹沿轴向发育,但孔洞周边的裂纹 更细更分散,小裂纹相互贯通,形成“X冶状剪切破坏 的特征,表明石膏充填物能够抑制裂纹的发展. 参 考 文 献 [1] Yang S Q, Liu X R, Li Y S. Experimental analysis of mechanical ·781·