·1670· 工程科学学报，第38卷，第12期 (a) 图2试件破裂.(a)岩石试件：(b)岩体试件 Fig.2 Failure of specimens:(a)rock;(b)rock mass 350T间 450间 o,=20 MPa 300 0,=20MPa 400 350 15 MPa 250 o,=I5 MRa 0,=10 MPa 200 250 G,=5a 150 0,=5 MPa 100 9150 I00 50 6 8 10 12 6 1 103 e/103 图3偏应力一轴向应变曲线.(a)岩体：(b)岩石 Fig.3 Deviatoric stress-strain curves:(a)rock mass:(b)rock 由图可见：两种试件压密阶段都不明显：岩石试件 下，岩体结构面充填物颗粒间的摩擦和岩石晶粒间的 进入弹性阶段后，应力应变呈线性增加直到岩石达到 摩擦不能承载更高的轴向荷载，在试件达到峰值强度 峰值强度，未经过屈服阶段，进入延性阶段，最终到达 后发生脆性破坏，强度很快跌落。相反，在高围压下， 残余强度：岩体试件随着围压的增加屈服阶段变明显， 岩体结构面充填物颗粒间的摩擦和岩石晶粒间的摩擦 且在峰值强度后延性阶段逐渐变明显：破坏后岩石和 能承载更高的轴向荷载，试件达到峰值强度后变形趋 岩体仍然具有较高的残余强度，可以进行二次加载. 于均匀化，破坏由脆性转化为延性.岩体沿软弱结构 两种试件都是随着围压的增加其峰值强度增大 面剪切破坏，并发生滑移，而岩石沿剪切面破坏.对于 在相同围压下，岩体试件的峰值强度小于岩石试件，同 岩石试件，剪切面晶粒间的摩擦力远小于软弱结构面， 时随着围压的增加，岩石试件的峰值强度增加幅度远 故其残余强度较高 远大于岩体试件.从图(3b)可以看出岩石达到峰值强 2.3变性特征 度时轴向变形为0.63mm,与岩石相比，岩体达到峰值 岩石的变性特征主要通过弹性模量、变形模量、峰 强度的轴向变形随围压增加而增加.两种试件的残余 值应变等指标来表征.弹性模量是指轴向应力与轴向 强度都是随着围压的增加而增大，相比于岩石，岩体残 应变之比，用E,表示；变形模量是指正应力与总应变 余强度比较小而且变化不大，但是强度还是在100MPa 之比，用E表示.在应力一应变曲线上，E,为岩石轴向 左右. 应力一轴向应变曲线近似直线部分的斜率，E为岩石 由试验结果可得，与岩石相比，岩体的变形和强度 50%轴向应力处与原点连线的斜率.本文先来探究围 随着围压的增加明显发生变化.岩体由于矿物晶粒之 压对两种试件的杨氏模量的影响规律.图4分别给出 间接触程度的随机分布，各组成成分本身的变形和对 岩体和岩石的弹性和变形模量一围压的变化图.由拟 力的作用不同，从而引起内部应力场的变化.岩体在 合曲线可以得出岩石的弹性和变形模量模量随着围压 软弱结构面颗粒间距比较大，在荷载作用下颗粒压密， 的增加而增大，岩石的杨氏模量高于岩体的杨氏模量. 达到破坏强度时变形量大.对岩石和岩体试件而言， 岩体变形模量对围压的敏感度高于弹性模量，岩石变 在应力作用下，岩体结构面发生闭合，结构面充填物颗 形模量和弹性模量对围压的敏感度基本一样.这主要 粒间的摩擦决定了岩体的强度特征，而岩石是由剪切 是由于岩体变形模量受压缩初期的非线性变形影响较 面晶粒间的摩擦决定了岩石的强度特征.在低围压 大，岩石材料裂隙的存在使得在压缩初期滑移量增加，工程科学学报，第 38 卷，第 12 期 图 2 试件破裂． ( a) 岩石试件; ( b) 岩体试件 Fig． 2 Failure of specimens: ( a) rock; ( b) rock mass 图 3 偏应力--轴向应变曲线． ( a) 岩体; ( b) 岩石 Fig． 3 Deviatoric stress--strain curves: ( a) rock mass; ( b) rock 由图可见: 两种试件压密阶段都不明显; 岩石试件 进入弹性阶段后，应力应变呈线性增加直到岩石达到 峰值强度，未经过屈服阶段，进入延性阶段，最终到达 残余强度; 岩体试件随着围压的增加屈服阶段变明显， 且在峰值强度后延性阶段逐渐变明显; 破坏后岩石和 岩体仍然具有较高的残余强度，可以进行二次加载． 两种试件都是随着围压的增加其峰值强度增大． 在相同围压下，岩体试件的峰值强度小于岩石试件，同 时随着围压的增加，岩石试件的峰值强度增加幅度远 远大于岩体试件． 从图( 3b) 可以看出岩石达到峰值强 度时轴向变形为 0. 63 mm，与岩石相比，岩体达到峰值 强度的轴向变形随围压增加而增加． 两种试件的残余 强度都是随着围压的增加而增大，相比于岩石，岩体残 余强度比较小而且变化不大，但是强度还是在100 MPa 左右． 由试验结果可得，与岩石相比，岩体的变形和强度 随着围压的增加明显发生变化． 岩体由于矿物晶粒之 间接触程度的随机分布，各组成成分本身的变形和对 力的作用不同，从而引起内部应力场的变化． 岩体在 软弱结构面颗粒间距比较大，在荷载作用下颗粒压密， 达到破坏强度时变形量大． 对岩石和岩体试件而言， 在应力作用下，岩体结构面发生闭合，结构面充填物颗 粒间的摩擦决定了岩体的强度特征，而岩石是由剪切 面晶粒间的摩擦决定了岩石的强度特征． 在低围压 下，岩体结构面充填物颗粒间的摩擦和岩石晶粒间的 摩擦不能承载更高的轴向荷载，在试件达到峰值强度 后发生脆性破坏，强度很快跌落． 相反，在高围压下， 岩体结构面充填物颗粒间的摩擦和岩石晶粒间的摩擦 能承载更高的轴向荷载，试件达到峰值强度后变形趋 于均匀化，破坏由脆性转化为延性． 岩体沿软弱结构 面剪切破坏，并发生滑移，而岩石沿剪切面破坏． 对于 岩石试件，剪切面晶粒间的摩擦力远小于软弱结构面， 故其残余强度较高． 2. 3 变性特征 岩石的变性特征主要通过弹性模量、变形模量、峰 值应变等指标来表征． 弹性模量是指轴向应力与轴向 应变之比，用 Es表示; 变形模量是指正应力与总应变 之比，用 E50表示． 在应力--应变曲线上，Es为岩石轴向 应力--轴向应变曲线近似直线部分的斜率，E50为岩石 50% 轴向应力处与原点连线的斜率． 本文先来探究围 压对两种试件的杨氏模量的影响规律． 图 4 分别给出 岩体和岩石的弹性和变形模量--围压的变化图． 由拟 合曲线可以得出岩石的弹性和变形模量模量随着围压 的增加而增大，岩石的杨氏模量高于岩体的杨氏模量． 岩体变形模量对围压的敏感度高于弹性模量，岩石变 形模量和弹性模量对围压的敏感度基本一样． 这主要 是由于岩体变形模量受压缩初期的非线性变形影响较 大，岩石材料裂隙的存在使得在压缩初期滑移量增加， ·1670·