岩石蠕变细观结构及损伤特性研究

The stress state and the deformation mechanism of deep rock mass are complicated. Rheology deformation of roadway caused by high ground stress is the main factors of instability and failure in rock mass and roadway.Time sensitive of rock failure is increasingly outstanding in engineering. Research is extremely urgent about mesostructure and damage characteristics of rock creep. Aiming at rock creep gradual damage problem under different loading paths and stress states, creep acoustic emission experiment of uniaxial compression under different loading paths and triaxial compression under different confining pressure are implemented based on the acoustic emission monitoring and CT scanning technology,combining with the Xinxing mine rock sample.First, Timeliness of rock damage and rock failure characteristics are explored.Second,the basic rules of rock the long-term strength is researched under confining pressure, and damage failure mechanism of rock damage is revealed.Last,evaluation function of rock creep damage and numerical model is established, and the result is applied to engineering practice in the Xinxing mine.Research results will provide theoretical basis about time degradation mechanism of rock mass mechanics and disaster prevention, and have the very broad application prospects and practical significance about engineering design , safety evaluation,stability analysis ,forecast evaluation and so on.

深部岩体受力状态和变形机制复杂，由高地应力引起的巷道流变变形，是导致地下岩体、巷道失稳破坏的主要因素。随着岩石地下工程深度增加，有关岩石破裂时效特性引起的工程问题愈加突出，岩石蠕变细观结构及损伤特性的研究已是迫在眉睫。项目针对不同加载路径、不同应力状态下岩石蠕变过程渐进损伤破坏问题；考虑应力、损伤的内在联系和相互影响，结合新兴煤矿岩石试样，开展基于声发射监测和CT扫描技术的不同应力路径下单轴压缩蠕变声发射试验和不同围压条件下三轴蠕变声发射试验；获得岩石损伤时效性规律及失稳破坏的基本特征，探究围压对岩石长期强度影响的基本规律，揭示岩石渐进损伤破坏机理；建立岩石蠕变损伤评价函数及数值模型，并应用于新兴煤矿的工程实践。项目研究成果对于矿山岩体力学特性的时效劣化机制研究及灾害防治提供理论基础，对正确进行岩体工程施工设计、安全评价、稳定性分析与预测评估等方面具有十分广阔的应用前景和实际意义。

随着地下资源开采等地下工程的日趋深部化，高应力、高温、高渗透压及较强时间效应等因素的耦合作用，成为深部岩石、包括坚硬岩石所必然直接面对的新的问题。项目针对不同加载路径、不同应力状态下岩石渐进损伤破坏问题；考虑应力、损伤的内在联系和相互影响，从岩石力学特征及能量演化特征角度，开展了不同应力路径下岩石破裂损伤试验与理论研究；获得岩石损伤时效性规律及失稳破坏的基本特征，探究围压对岩石强度影响的基本规律，揭示岩石渐进损伤破坏机理。.应用数字散斑相关法和声发射技术，开展了岩石加载过程中损伤破坏机理研究。结合岩石加载过程中数字散斑图像和声发射监测数据，分析了岩石单轴加载过程中裂纹扩展与损伤演化规律、岩石表面变形场演化与分区化特征。岩石试件加载过程中应力曲线与声发射振铃计算曲线表现出明显的对应关系，加载过程中声发射参数特征可以较好的反应岩石加载过程内部损伤与裂纹扩展规律。.基于能量平衡理论，分析不同围压下砂岩加卸载过程能量密度转化规律，从能量耗散角度定义损伤变量，建立了基于耗散能的损伤模型。不同围压下砂岩循环加卸载过程能量演化趋势呈现一致性，压密阶段和弹性变形阶段，能量消耗主要用于原生微裂隙受压闭合，加载过程中输入能量主要转化为弹性应变能；高应力水平下的屈服阶段，耗散能密度增加速度逐渐增大，但峰值应力前仍以弹性能储存为主，围压越大岩石弹性储能极限越大。加载应力达到岩石峰值强度后，试件失稳破坏，弹性应变能密度剧减，耗散能密度急增，峰后阶段以能量耗散为主。应力屈服点以前，各循环阶段损伤较小，累积损伤随着循环次数呈线性增大；应力屈服点以后，岩石内部新生裂纹萌生、扩展，耗散能量加剧，绝对损伤和累积损伤均明显增大。岩石所处的应力状态能够较好的反映耗散能损参量的演化情况，可以用指数函数表示耗散能损伤变量随应力参量的演化特征，表征特定应力条件下岩石的损伤状态，为工程岩体的稳定性评价提供参考。