文磊等：岩体损伤度的点荷载强度计算及分析 ·179· 面平整且没有明显的节理面，点荷载强度测试结果数 分析，点荷载强度和试验数量的分布基本上符合正态 据如图4.另一种是沿节理面的破坏，即能明显的观察 分布，点荷载强度指标频率分布如图6所示 到破坏面为节理面，点荷载强度测试结果数据如图5 在现场点荷载强度测试中，由于现场条件比较特 根据现场点荷载测试结果，对所有测点进行数据统计 殊，因此按照如下标准进行试验和统计.岩块试样拾 10 取完整且较为规整的岩块，以方便加载.加载的方向 为垂直于岩块层理方向.当岩样加载点在破坏面上时 才被认为该样为有效数据.同时，对于沿节理裂隙破 坏的岩块，虽然岩体的节理裂隙较为发育，但是本文并 50 0 150 200 不考虑节理面的发育程度以及节理面的方位和倾角， 点荷载试验次数 因为无论岩体内部节理裂隙的发育程度如何，点荷载 图4点荷载强度试验完整岩块破坏的有效试样 作用下发生破坏的总沿着最弱面或者强度最低的面， Fig.4 Effective sample of the intact rock on point load strength test 并且统计实验数据时，只有当加载点在破坏的节理面 4 上时才被认为该试样为有效数据 3 2.3S,的计算与结果分析 1 在整个试验过程中，每个测点作为一个试验群体， 20 40 60 100 共有15个测点，每个测点近20个试样，由式(6)可得 点荷载试验次数 S。的计算值.根据现场岩体声波测试结果和实验室岩 图5点荷载强度试验沿节理破坏岩块的有效试样 石声波测试结果，计算岩体的龟裂系数K,图7所示 Fig.5 Effective sample of the jointed rock on point load strength test S。与K,的满足线性关系，其中黑色实线为理论推导的 0r 25 (a) 24.5%25.5% 30四 13%14% 2 25% 10% 20 19.1% 20 8% 75 15 10.6% 11.7% 5% 6% 10 10 4.3% 2.1% 5 0 2-0 强度区间MPa 强度区间MIPa 图6点荷载强度概率分布图.(a)节理岩块：(b)完整岩块 Fig.6 Point load strength probability distribution:(a)joint rock:(b)intact rock 岩体完整性系数与损伤度之间的线性关系，红色实线 损伤度如图8所示 表示现场岩体声波速度实测值计算获得的岩体完整性 1.0 系数与运用点荷载强度计算获得的损伤度拟合的线性 关系，拟合的表达式为0.865S。+K,=0.919,其相关性 08 系数为0.922.残差平方和约为0.0145，说明拟合的直 0.6 线非常逼近离散点.拟合直线的斜率和截距的标准差 0.4 分别为0.067和0.035.这说明运用点荷载强度计算 获得的岩体损伤度和岩体完整性系数之间的关系与理 0.2 ■实测损伤度与完整性系数 论推导的关系非常一致.通过该点荷载强度获得的岩 (损伤度与完整性系数的线性拟合) 体损伤度计算岩体的完整性系数与现场实测岩体声波 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 速度计算的岩体完整性系数的比结果如表2所示.损 岩块的强度损伤度，S 伤理论认为，完整岩石受到外界的干扰导致内部结构 图7岩体完整性系数与损伤度的线性拟合图 的破坏，出现不同程度的裂隙导致岩石强度降低，且强 Fig.7 Relationship of damage index and integrity index 度的降低程度与损伤程度有密切的关联.声波在岩体 通过对点荷载强度测试的结果分类，根据其破坏 中的传播特性表明，声波在传播的过程中遇到裂隙面 模式将点荷载测试结果分为节理岩块的破坏和完整的 会发生反射和折射，从而降低声波的传播能量，以致传 岩块破坏，结合损伤力学理论和定义，分析节理对岩块 播速度降低.根据巷道松动圈内岩体的声波速度计算 强度的折减程度，从而表示一种新的损伤度的计算方 岩体损伤度，巷道松动圈范围内岩体声波速度和岩体 法—岩体强度损伤度.根据理论推导获得岩块的强文 磊等: 岩体损伤度的点荷载强度计算及分析 面平整且没有明显的节理面,点荷载强度测试结果数 据如图 4. 另一种是沿节理面的破坏,即能明显的观察 到破坏面为节理面,点荷载强度测试结果数据如图 5. 根据现场点荷载测试结果,对所有测点进行数据统计 图 4 点荷载强度试验完整岩块破坏的有效试样 Fig. 4 Effective sample of the intact rock on point load strength test 图 5 点荷载强度试验沿节理破坏岩块的有效试样 Fig. 5 Effective sample of the jointed rock on point load strength test 分析,点荷载强度和试验数量的分布基本上符合正态 分布,点荷载强度指标频率分布如图 6 所示. 在现场点荷载强度测试中,由于现场条件比较特 殊,因此按照如下标准进行试验和统计. 岩块试样拾 取完整且较为规整的岩块,以方便加载. 加载的方向 为垂直于岩块层理方向. 当岩样加载点在破坏面上时 才被认为该样为有效数据. 同时,对于沿节理裂隙破 坏的岩块,虽然岩体的节理裂隙较为发育,但是本文并 不考虑节理面的发育程度以及节理面的方位和倾角, 因为无论岩体内部节理裂隙的发育程度如何,点荷载 作用下发生破坏的总沿着最弱面或者强度最低的面, 并且统计实验数据时,只有当加载点在破坏的节理面 上时才被认为该试样为有效数据. 2郾 3 SD的计算与结果分析 在整个试验过程中,每个测点作为一个试验群体, 共有 15 个测点,每个测点近 20 个试样,由式(6)可得 SD 的计算值. 根据现场岩体声波测试结果和实验室岩 石声波测试结果,计算岩体的龟裂系数 Kv . 图 7 所示, SD 与 Kv的满足线性关系,其中黑色实线为理论推导的 图 6 点荷载强度概率分布图. (a) 节理岩块; (b) 完整岩块 Fig. 6 Point load strength probability distribution: (a) joint rock; (b) intact rock 岩体完整性系数与损伤度之间的线性关系,红色实线 表示现场岩体声波速度实测值计算获得的岩体完整性 系数与运用点荷载强度计算获得的损伤度拟合的线性 关系,拟合的表达式为 0郾 865SD + Kv = 0郾 919,其相关性 系数为 0郾 922. 残差平方和约为 0郾 0145,说明拟合的直 线非常逼近离散点. 拟合直线的斜率和截距的标准差 分别为 0郾 067 和 0郾 035. 这说明运用点荷载强度计算 获得的岩体损伤度和岩体完整性系数之间的关系与理 论推导的关系非常一致. 通过该点荷载强度获得的岩 体损伤度计算岩体的完整性系数与现场实测岩体声波 速度计算的岩体完整性系数的比结果如表 2 所示. 损 伤理论认为,完整岩石受到外界的干扰导致内部结构 的破坏,出现不同程度的裂隙导致岩石强度降低,且强 度的降低程度与损伤程度有密切的关联. 声波在岩体 中的传播特性表明,声波在传播的过程中遇到裂隙面 会发生反射和折射,从而降低声波的传播能量,以致传 播速度降低. 根据巷道松动圈内岩体的声波速度计算 岩体损伤度,巷道松动圈范围内岩体声波速度和岩体 损伤度如图 8 所示. 图 7 岩体完整性系数与损伤度的线性拟合图 Fig. 7 Relationship of damage index and integrity index 通过对点荷载强度测试的结果分类,根据其破坏 模式将点荷载测试结果分为节理岩块的破坏和完整的 岩块破坏,结合损伤力学理论和定义,分析节理对岩块 强度的折减程度,从而表示一种新的损伤度的计算方 法———岩体强度损伤度. 根据理论推导获得岩块的强 ·179·