魏翔等：含陡倾角软弱结构面的花岗岩力学特性及声发射特征 1671 55[ 65间 y=1.2961r+26.959 50 R2=0.9655 60 y=1.1561x+37.728 =0.9535 5 =1.3801x+24.236 50 “6 R2-0.9823 35 )=1.131lx+35.719 。变形模量 R2=0.9785 变形模量 ·弹性模量 ▲弹性模量 20 25 10 15 25 o/MPa o/MPa 图4弹性模量-围压和变形模量-围压的关系.(a)岩体：(b)岩石 Fig.4 Relations of elasticity and deformation moduli with confining pressure:(a)rock mass:(b)rock 完整花岗岩岩样由于颗粒之间联接力大，接触紧密，在 式中，r为剪应力，σ为正应力，p为内摩擦角，c为黏 压缩初期变形小，压密阶段不明显. 聚力.本文采用第二种表达式. 对于岩体，随着围压的增大，弹性模量和变形模量 图6给出岩石和岩体围压与峰值强度关系.显然 差异逐渐减小，而岩石随着围压的变化，二者的差异基 岩石的峰值强度随着围压的增加而增，其峰值强度对 本不变.这主要是由于结构面在高围压下逐渐闭合， 围压的敏感度更高.由拟合直线可以求得岩石的P和 岩石在初期压缩时变形量减小. c分别为56.79°和29.27MPa,岩体的p和c分别为 图5给出两种试件围压与峰值应变（ε)的关系. 36.94°和52.92MPa.由此可得，结构面的存在使得岩 峰值应变指岩石达到峰值强度时的轴向应变.与岩石 体的内摩擦角φ减小而黏聚力c增大，对峰值强度有 相比，岩体达到峰值强度的轴向变形大于岩石，在低围 一定的影响.这主要是由于软弱结构面的存在使结构 压下差异比较小，随着围压的增加差异逐渐变大.这 面先于岩石材料达到破坏强度，岩体沿结构面滑移 主要是由于岩体在高围压下峰值强度附近出现屈服平 破裂 台，由脆性向延性转化 450 8.0r 3=11.25x+196.32 400 R2=0.9915 y=0.0949x45.8165 7.5 R2=0.9929 350 =4.0128r4212 300 R2-0.9796 250 。岩体 6.5 y=0.0348x+6.19 ▲岩石 R2-0.9836 ▲岩体 20 0 10 15 20 25 ·岩石 围压MPa 606 10 15 20 235 o/MPa 图6岩石与岩体的围压-峰值强度关系 Fig.6 Relationship between peak strength and confining pressure of 图5岩石和岩体的围压一峰值应变的关系 the rock and rock mass Fig.5 Relationship between peak strain and confining pressure of the rock and rock mass 2.5声发射特征 图7分别给出岩石和岩体在20MPa下的振铃累 2.4强度特征 岩石的强度指岩石在荷载作用下达到破坏时所能 计数（声发射事件）和轴向应力与轴向应变的关系.由 承受的最大应力即峰值强度.本文主要分析结构面和 图可知，声发射事件与轴向应变的曲线图与应力一应 围压对岩石的峰值强度影响规律. 变全过程曲线图具有一定的对应关系.岩石的应 岩石强度通常用强度准则理论来解释.Coulomb 力一应变曲线图可分为压密阶段、弹性阶段、破坏阶段 准则是最常用的最广泛的强度理论之一.Coulomb准 和破坏后四个阶段、由图可以看出：在初始压密阶段， 则有两种表达形式： 声发射事件较少，这主要是由于加载初期岩石内部空 T=otano +c, (1) 隙被压密以及裂隙逐渐闭合导致：在弹性变形阶段，岩 1 =1+sing 2e·cosp 石在端面或内部有微裂隙产生，声发射事件数缓慢增 1-sino 3+ 1 sinc (2) 加，而岩体还处在裂隙压密状态，声发射事件接近于魏 翔等: 含陡倾角软弱结构面的花岗岩力学特性及声发射特征 图 4 弹性模量--围压和变形模量--围压的关系． ( a) 岩体; ( b) 岩石 Fig． 4 Ｒelations of elasticity and deformation moduli with confining pressure: ( a) rock mass; ( b) rock 完整花岗岩岩样由于颗粒之间联接力大，接触紧密，在 压缩初期变形小，压密阶段不明显． 对于岩体，随着围压的增大，弹性模量和变形模量 差异逐渐减小，而岩石随着围压的变化，二者的差异基 本不变． 这主要是由于结构面在高围压下逐渐闭合， 岩石在初期压缩时变形量减小． 图 5 给出两种试件围压与峰值应变( ε) 的关系． 峰值应变指岩石达到峰值强度时的轴向应变． 与岩石 相比，岩体达到峰值强度的轴向变形大于岩石，在低围 压下差异比较小，随着围压的增加差异逐渐变大． 这 主要是由于岩体在高围压下峰值强度附近出现屈服平 台，由脆性向延性转化． 图 5 岩石和岩体的围压--峰值应变的关系 Fig． 5 Ｒelationship between peak strain and confining pressure of the rock and rock mass 2. 4 强度特征 岩石的强度指岩石在荷载作用下达到破坏时所能 承受的最大应力即峰值强度． 本文主要分析结构面和 围压对岩石的峰值强度影响规律． 岩石强度通常用强度准则理论来解释． Coulomb 准则是最常用的最广泛的强度理论之一． Coulomb 准 则有两种表达形式: τ = σtanφ + c， ( 1) σ1 = 1 + sinφ 1 － sinφ σ3 + 2c·cosφ 1 － sinφ ． ( 2) 式中，τ 为剪应力，σ 为正应力，φ 为内摩擦角，c 为黏 聚力． 本文采用第二种表达式． 图 6 给出岩石和岩体围压与峰值强度关系． 显然 岩石的峰值强度随着围压的增加而增，其峰值强度对 围压的敏感度更高． 由拟合直线可以求得岩石的 φ 和 c 分别为 56. 79°和 29. 27 MPa，岩体的 φ 和 c 分别为 36. 94°和 52. 92 MPa． 由此可得，结构面的存在使得岩 体的内摩擦角 φ 减小而黏聚力 c 增大，对峰值强度有 一定的影响． 这主要是由于软弱结构面的存在使结构 面先于岩石材料达到破坏强度，岩体沿结构面滑移 破裂． 图 6 岩石与岩体的围压--峰值强度关系 Fig． 6 Ｒelationship between peak strength and confining pressure of the rock and rock mass 2. 5 声发射特征 图 7 分别给出岩石和岩体在 20 MPa 下的振铃累 计数( 声发射事件) 和轴向应力与轴向应变的关系． 由 图可知，声发射事件与轴向应变的曲线图与应力--应 变全过程曲 线 图 具 有 一 定 的 对 应 关 系． 岩 石 的 应 力--应变曲线图可分为压密阶段、弹性阶段、破坏阶段 和破坏后四个阶段． 由图可以看出: 在初始压密阶段， 声发射事件较少，这主要是由于加载初期岩石内部空 隙被压密以及裂隙逐渐闭合导致; 在弹性变形阶段，岩 石在端面或内部有微裂隙产生，声发射事件数缓慢增 加，而岩体还处在裂隙压密状态，声发射事件接近于 ·1671·