低频周期扰动荷载与静载联合作用下岩爆过程的真三轴试验研究

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岩石三轴压缩实验的强度特性及应用_李亚林

７．７１３．９２０．１２５．７２９．６
抗剪强度 τｃ
／ＭＰａ
３．３５．２６．８９．１１０．３
凝聚力（ｃ）和内摩擦角（Φ）
ｃ／ＭＰａ
Φ （°）
适用范围（ＭＰａ）
２．２
３０．５
０≤σ３≤５．２
破裂角（°）
实际
９０６０５５６０６０
理论
９０６０６０５６５４
（１）随着围压的增加，岩石的抗压、抗剪强度不断增大。 ①在低围压［如图１的ＣＡ段（０≤σ３≤５．２ＭＰａ）］时，σ３与 σｃ、τｃ的关系近似呈线性。
前言
岩石三轴压缩实验（简称三轴实验），实质是对处于三向受压环境中的地壳岩体的力学性状的一种模拟。相对于其它一些所谓的常规实验，三轴实验属较复杂的高级实验，它可以获取相应于岩体不同围压（或深度）的抗压强度、抗剪强度、弹性模量、泊松比以及准确的凝聚力Ｃ和内摩擦角等数据。若使用三轴侍服压力机，还能得到应力—应变（σ—ε）的全程曲线，进而获得岩石的残余应力、永久变形数据等。这些都是一些重大工程建设、岩石力学和某些地学项目研究及应用中必不可少的重要参数。
度理论的一些具体内容作一简述：图中横坐标 σ为正应力、纵坐标 τ为剪应力。曲线ＣＡＢ为强度包络线。与包络线相切的每个应力圆均表示一种围压下的极限应力状态。圆与横坐标的左侧交点为围压 σ３，右侧交点为该围压下的抗压强度 σｃ（σ１）。过切点的半径与横坐标正方向的夹角为２倍破裂角，破裂角定义为破裂面法线与主应力 σ１方向所夹的锐角。本文称此为理论破裂角 θ。切点的纵坐标为该圆所在围压下的抗剪强度 τｃ，亦即破裂面上的剪应力 τ，横坐标为破裂面上的正应力 σｎ。包络线与纵坐标的交点为凝聚力ｃ，直线ＣＡ与横坐标所夹的锐角为内摩擦角 Φ。包络线下部是不会发生破裂的、稳定的应力状态区域，上部为不可能存在的应力状态区域。

泥质砂岩三轴压缩力学特性试验研究

2020年35期众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application泥质砂岩三轴压缩力学特性试验研究*刘海壮，刘春*，张庆，黄富禹，周义舒（重庆科技学院安全工程学院，重庆401331）岩石是构造地壳地表岩体的主体成分，其构造十分复杂，是各种矿物质的集合体，不同岩石在其形成过程中的成因各不相同，造成岩石的物理特性和力学特性有很大差异，呈现出明显的非线性、不连续性、不均质性和各向异性等特点。

在地下空间工程领域，为了深入研究地下硐室开挖后的特征，了解岩石的基本构成和分类极为重要，其决定岩石力学性质和物理性质，是进行力学分析的关键因素之一。

获取岩石力学参数的主要手段之一是岩石的单轴、三轴试验，试验获得的粘聚力和内摩擦角等参数能为工程设计、硐室开挖及围岩支护提供有力依据。

目前许多学者对岩石力学特性已有深入研究。

姜永东等[1]研究了砂岩在饱和、自然、风干三种状态下的单轴和三轴抗压强度特征，得到应力与轴向、径向和体积应变间的关系曲线，根据试验数据绘制莫尔圆并通过回归分析得到强度参数粘聚力和内摩擦角的值。

李晓娟等[2]对粉砂岩试样进行三轴压缩实验，得到试样力学参数，并通过扫描电镜试验得到细观损伤图片，从微观角度分析了粉砂岩的力学特性。

李文帅等[3]通过砂岩真三轴加载试验，结合CT 扫描技术，研究了不同中间主应力条件下岩石的强度、变形及破坏特征，得到了砂岩真三轴条件下的力学特征。

本文通过常规三轴试验，介绍了岩石试样的制备过程，试验设备以及试验方案，并对实验结果进行了分析，得到岩石基本力学参数粘聚力和内摩擦角等，通过前人方法处理数据，得到岩石重要力学参数，方便工程实验人员运用，为类似试验处理提供技术指导。

1试验方法1.1试样制备及试验设备本次试验以泥质砂岩为研究对象，为保证试验获得参数准确可靠，在采样过程中，采样点位于隧道施工现场同一位置，岩石试样尽量均质，严格按照规定切割、打磨制成高为100mm 、直径为50mm 的圆柱样，试样直径和高度误差均不超过2mm ，岩石试样用保鲜膜包裹并裹上胶带，将试样打包放于泡沫纸箱运至岩石力学实验室。

真三轴卸载下深部岩体破裂特性及诱发型岩爆机理研究

真三轴卸载下深部岩体破裂特性及诱发型岩爆机理研究一、本文概述本文旨在深入研究真三轴卸载条件下深部岩体的破裂特性及其诱发的岩爆机理。

随着地下工程向深部发展，深部岩体的力学行为及其稳定性问题日益突出。

岩爆作为一种常见的深部岩体动力灾害，对地下工程的安全性和稳定性构成了严重威胁。

因此，揭示真三轴卸载条件下深部岩体的破裂特性和岩爆机理，对于预防和控制岩爆灾害具有重要的理论意义和实践价值。

本文首先回顾了国内外关于深部岩体破裂特性和岩爆机理的研究现状，指出了现有研究的不足和需要进一步深入探索的问题。

在此基础上，通过理论分析、实验室试验和数值模拟等多种方法，系统地研究了真三轴卸载条件下深部岩体的应力-应变关系、破裂模式、能量演化规律等关键科学问题。

本文的主要研究内容包括：1）建立真三轴卸载条件下深部岩体破裂特性的理论分析框架；2）开展真三轴卸载试验，揭示深部岩体在不同卸载路径下的破裂模式和能量演化规律；3）利用数值模拟方法，分析深部岩体在真三轴卸载过程中的应力分布、位移场和能量场的变化特征；4）结合理论分析和数值模拟结果，探讨真三轴卸载条件下诱发岩爆的机理和影响因素。

本文的研究成果不仅有助于深化对深部岩体破裂特性和岩爆机理的认识，也为地下工程的安全设计和灾害防控提供了重要的理论依据和技术支持。

二、真三轴卸载条件下深部岩体破裂特性研究在真三轴卸载条件下，深部岩体的破裂特性是一个复杂且关键的问题。

为了深入了解这一过程，本研究采用了一系列先进的实验方法和数值模拟技术，对岩体的应力-应变行为、破裂模式以及能量演化等方面进行了详细的分析。

通过真三轴实验设备对深部岩体进行卸载模拟。

实验过程中，我们精确控制了卸载速率和卸载路径，以模拟实际工程中的卸载过程。

同时，利用高分辨率的摄像头和位移传感器，实时记录了岩体表面的裂缝扩展和变形情况。

实验结果表明，在真三轴卸载条件下，深部岩体的破裂特性呈现出明显的非线性特征。

随着卸载的进行，岩体内的应力场和应变场发生重分布，导致岩体逐渐产生裂缝。

一静组合加载下岩石冲击破坏试验研究

一静组合加载下岩石冲击破坏试验研究一、概述岩石冲击破坏是岩石力学领域的重要研究内容之一，对于深入理解岩石的动态响应特性、破坏机理及灾害防控具有重大意义。

随着工程领域的不断发展，尤其是在矿山开采、隧道掘进、边坡防护等工程实践中，岩石冲击破坏问题日益凸显，开展岩石冲击破坏试验研究显得尤为重要。

本试验研究旨在通过一静组合加载的方式，模拟实际工程中岩石所受的复杂应力状态，探究不同加载条件下岩石的冲击破坏特性。

我们将采用先进的试验设备和测试技术，对岩石试件进行精确加载和实时监测，以获取岩石在冲击过程中的应力、应变、能量等关键参数的变化规律。

通过本试验研究的开展，我们期望能够揭示岩石冲击破坏的力学机制，建立相应的数学模型和预测方法，为工程实践中的岩石冲击破坏防控提供理论依据和技术支持。

本试验研究的成果也将有助于推动岩石力学领域的发展，为相关领域的科学研究和技术创新提供有益的参考和借鉴。

1. 研究背景与意义岩石作为地壳的主要组成部分，在工程建设、资源开采和自然灾害防治等领域中扮演着至关重要的角色。

随着科技的进步和工程规模的扩大，岩石在复杂应力条件下的力学行为及其破坏机制已成为岩石力学领域的研究热点。

一静组合加载（即静态载荷与动态冲击载荷的组合作用）下的岩石冲击破坏问题，因其在实际工程中的广泛存在和复杂性，受到了广泛关注。

在地下工程、边坡稳定、岩石爆破等实际场景中，岩石往往同时受到静态和动态载荷的作用。

这种复合加载条件不仅改变了岩石的应力状态，还可能导致其力学性质和破坏模式发生显著变化。

深入研究一静组合加载下岩石的冲击破坏特性，对于揭示岩石在复杂应力条件下的破坏机理、预测工程结构的稳定性和安全性、优化工程设计和施工方法等方面具有重要意义。

随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，虽然可以在一定程度上模拟和分析岩石在复杂应力条件下的力学行为，但实验结果仍然是验证理论模型、修正数值参数的重要依据。

开展一静组合加载下岩石冲击破坏的试验研究，不仅有助于完善岩石力学理论体系，还可以为实际工程提供更为准确可靠的理论支撑和实践指导。

真三轴软岩非线性力学试验系统研制

第24卷第16期岩石力学与工程学报 V ol.24 No.162005年8月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Aug .，2005收稿日期：2005–05–09；修回日期：2005–06–16基金项目：国家自然科学基金重大项目(50490270)；国家基金委创新群体基金资助项目(50221402)；教育部科学技术研究重大项目(10405)作者简介：孙晓明(1970–)，男，博士，2002年于中国矿业大学(北京校区)岩土工程专业获博士学位，主要从事岩土工程与软岩工程力学方面的研究工作。

E-mail ：xiaoming_s@ 。

真三轴软岩非线性力学试验系统研制孙晓明1，何满潮1，刘成禹1，顾金才2，王树仁1，明治清2，景海河3(1. 中国矿业大学(北京校区) 岩土工程研究所，北京 100083；2. 中国人民解放军总参工程兵科研三所，河南洛阳 471023；3. 黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨 150027)摘要：根据深部软岩非线性力学行为研究的需要，针对目前的试验系统不能进行三向拉压、拉剪复合应力试验及加卸载过程模拟的不足，研制了一套能进行三轴拉压、拉剪等多种组合试验和对不同加卸载过程进行模拟的试验系统。

介绍这一试验系统的主要结构、技术标准、功能和为取得满意的试验效果所研制和采用的减摩、传力和应力集中消除等技术，所述的试验系统为深入研究深部工程岩体的力学行为提供新手段。

关键词：岩石力学；深部软岩；复合应力状态；力学试验系统；关键技术中图分类号：TU 455 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)16–2870–05DEVELOPMENT OF NONLINEAR TRIAXIAL MECHANICALEXPERIMENT SYSTEM FOR SOFT ROCK SPECIMENSUN Xiao-ming 1，HE Man-chao 1，LIU Cheng-yu 1，GU Jin-cai 2，WANG Shu-ren 1，MING Zhi-qing 2，JING Hai-he 3(1. Institute of Geotechnical Engineering ，China University of Mining and Technology ，Beijing 100083，China ； 2. The Third Science and Technology Institute of Engineers Corps ，General Staff of PLA ，Luoyang 471023，China ；3. Heilongjiang Institute of Science and Technology ，Harbin 150027，China )Abstract ：In consideration of the requirements for nonlinear mechanical behaviors of soft rock at depth ，the development of a new experimental system for rock mechanics is discussed ，which can perform the multiple composite tests of tension-compression and tension-shearing under the conditions of different loading processes including the common function such as uniaxial tension ，shearing ，uniaxial and triaxial compression tests. To overcome the deficiency of the current experimental system (for rock mechanics) that cannot perform the composite tests of tension-compression ，tension-shearing ，and different loading or unloading process simulations ，the main structures and functions of the system ，the technical indexes ，and the key technologies to achieve satisfactory experimental results such as reduction of friction force technology ，equal-transmitting force technology ，and stress-concentration elimination technology ，etc.，are introduced. The presented new experiment system can provide a new method to further study of mechanical behavior of rock mass at depth.Key words ：rock mechanics ；deep soft rock ；composite stress state ；mechanical experiment system ；key technology1 引言对工程岩体进行现场试验是对其力学行为进行深入研究的重要手段[1，2]。

一种岩石真三轴试验加载系统[实用新型专利]

专利名称：一种岩石真三轴试验加载系统
专利类型：实用新型专利
发明人：刘大安,赵海斌,牛晶蕊,梅松华,章杰,陈建胜申请号：CN201420110370.6
申请日：20140312
公开号：CN203732367U
公开日：
20140723
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种岩石真三轴试验加载系统，包括底座，所述底座与多根拉杆底端连接，所述拉杆顶端穿过上支撑梁并与所述上支撑梁固定连接，所述底座上固定有用于支撑所述上支撑梁并可带动所述上支撑梁在竖直方向移动的顶升机构；所述上支撑梁底面和所述底座上分别固定有用于对试验样品施加竖直方向压力的轴动器；所述上支撑梁顶端与吊装装置连接，所述吊装装置通过吊索与设置在所述上支撑梁底面上的轴动器和所述底座上的轴动器之间的水平加载支撑件连接；所述水平加载支撑件侧面安装有用于对试验样品施加水平方向压力的加压装置。

本实用新型结构简单，容易操作，占地面积小，可实现单轴、双轴、三轴加载试验，且试验误差小。

申请人：中国水电顾问集团中南勘测设计研究院有限公司,中国科学院地质与地球物理研究所地址：410014 湖南省长沙市雨花区香樟路9号
国籍：CN
代理机构：长沙正奇专利事务所有限责任公司
代理人：卢宏
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周期扰动应力作用下弱胶结砂岩声发射特性试验研究

周期扰动应力作用下弱胶结砂岩声发射特性试验研究宋朝阳; 丁振宇; 谭杰; 宁方波【期刊名称】《《建井技术》》【年(卷),期】2019(040)004【总页数】6页(P26-30,60)【关键词】弱胶结砂岩; 扰动应力; 荷载; 声发射特性; 损伤【作者】宋朝阳; 丁振宇; 谭杰; 宁方波【作者单位】北京中煤矿山工程有限公司北京 100013; 煤矿深井建设技术国家工程实验室北京 100013【正文语种】中文【中图分类】TD326深部开采中，随着开采深度的增加和开采强度的加大，地下结构围岩体处于高地应力、高地温、高承压水体等复杂环境中[1]，爆破、机械钻凿、矿震等扰动荷载往往是触发岩爆、冲击地压等矿山动力灾害的最重要因素[2]。

近年来，我国资源开采逐步向西部地区转移。

西部地区矿井建设施工中，井筒所穿地层主要为弱胶结砂岩[3]，具有成岩时间晚、强度低、胶结程度差等特点，在动力扰动荷载作用下，极易发生失稳破坏，导致出现井壁坍塌、围岩变形量大、工作面异常来压等问题，对西部矿山安全开采影响较大[4]。

因此，有必要对周期扰动荷载作用下的弱胶结砂岩力学特性进行系统研究。

深部岩体扰动破坏问题是专家学者们近年来关注的重要研究方向之一，经过不断的努力，取得了诸多有益的成果。

纪洪广等[5]对不同应力水平下的岩石进行加卸试验；并对岩石在不同应力水平下，受到“加载-卸荷”扰动时的声发射特征进行了试验研究。

苏国韶等[6]利用自主研发的真三轴岩爆系统，对低频周期扰动荷载与静载联合作用下的扰动荷载频率对岩爆的影响进行了试验研究。

包春燕等[7]对循环加卸载扰动下的石灰岩声发射特性进行了试验研究，得到结论：扰动使得岩石内部裂隙不断张开和闭合，产生的声发射数量远大于纯粹的加载或卸载阶段。

赵毅鑫等[8]基于声发射累计振铃计数，定义了加卸载响应比，探讨了多级循环加卸载过程中的岩样内部损伤演化特征及破坏前兆。

已有的试验研究，证明了周期性荷载可使岩石产生明显的劣化，声发射信号能够反映不同应力水平和应力状态下的岩石内部劣化特征[9-10]。

砂岩在低频循环荷载作用下的疲劳和损伤特性试验研究

0.1 1.0 3.0
–
0.1 1.0 3.0
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岩石力学与工程学报
2试样 S2，围压 2 MPa
图 3 试样 D2–0.1 试验结果 Fig.3 Test results of sample D2–0.1
(a) 动应力–轴应变曲线 (b) 试样 S10，围压 10 MPa
表1
试样编号 S2 D2–0.1 D2–1.0 D2–3.0 S10 D10–0.1 D10–1.0 D10–3.0 S40 D40–0.1 D40–1.0 D40–3.0 围压/MPa 2 2 2 2 10 10 10 10 40 40 40 40 加载类型静力循环，疲劳循环，疲劳循环，疲劳静力循环，疲劳循环，疲劳循环，疲劳静力循环，疲劳循环，疲劳循环，疲劳频率/Hz
3.2 循环加载试验对于循环加载试验，探讨了偏应力、轴应变和侧应变随循环次数(或时间)的变化规律。围压分别为 2 和 40 MPa 时的试样 D2–0.1 和 D40–3.0 的动应力–轴应变曲线及体变–轴应变曲线( 偏应力从峰值到谷值)见图 3，4，其中应力以压为正，应变以收缩为正。残余应变的定义为：在某次循环加载内，当荷载卸载到最小值时所对应的轴向应变、体应变和侧向应变值；或者，在某次循环加载中当轴向荷载卸载到最小值时，不可恢复的那部分应变就定义为残
EXPERIMENTAL STUDY OF FATIGUE DAMAGE PROPERTIES OF SANDSTONE SAMPLES UNDER CYCLIC LOADING WITH LOW FREQUENCIES
ZHANG Shishu，LIU Enlong，ZHANG Jianhai

三轴循环荷载作用下辉长岩力学特性及本构模型研究

三轴循环荷载作用下辉长岩力学特性及本构模型研究为了研究攀枝花露天矿区高边坡的稳定性和组成高边坡的辉长岩的力学特性。

本文利用成都理工大学国家重点实验的MIS815刚性伺服机,对取自攀枝花矿区的辉长岩进行了不同应力水平条件下的力学特性试验,旨在系统地研究辉长岩的力学特性,为该露天矿区高边坡的稳定性以及辉长岩力学特性的研究提供理论依据和力学参数。

由于该矿区的高边坡要受到采矿时爆破作业的影响,为了更真实的模拟辉长岩的受力条件,论文不仅进行了单向受力条件下的单轴压缩应力应变全过程试验和三向受力条件下的常规三轴试验,还重点进行了三轴循环荷载作用下的振动试验。

利用上述三种试验的试验结果,研究了辉长岩在不同的荷载作用下的变形和强度特性,得到了反映其变形及强度特性的力学参数;分析了辉长岩在三种荷载作用下破坏后的宏观破坏形态以及破坏机制;利用三轴循环荷载作用下的振动试验结果,建立了辉长岩基于内变量理论的本构模型,并进行了验证。

本论文的主要研究结果如下:(1)通过对辉长岩进行单轴压缩试验,得到了辉长岩的应力应变全过程曲线。

分析25个样品的试验结果,根据其应力—应变全过程曲线的形态,可以将峰后应力-应变曲线可划分为三种类型:Ⅰ型(多级应力跌落型)、Ⅱ型(应力跌落回升型)、Ⅲ型(应力快速跌落型)。

峰后应力呈迅速跌落型,反映了辉长岩破坏是一种脆性破坏。

三种曲线的相似性和重演性较高,可将辉长岩的应力-应变全过程曲线划分为4个阶段。

根据3倍标准差方法,得到单轴压缩下辉长岩的弹性模量与泊松比标准值为12.62GPa和0.16,单轴抗压强度为55.29MPa。

(2)通过对辉长岩进行常规三轴试验,得到了辉长岩的不同围压下的应力差-轴向应变曲线。

低围压时,岩样的破坏前的应力差-轴向应变曲线呈上凹型,下缓上陡。

分析40个试样进行试验强度结果,围压1-4MPa下的抗剪强度参数可取平均内摩擦角56.29°,内聚力9.628 MPa,围压2-8MPa下的抗剪强度参数可取平均内摩擦角49.462°,内聚力9.372MPa。

大尺寸岩石在低频周期扰动载荷下的力学特性试验研究

大尺寸岩石在低频周期扰动载荷下的力学特性试验研究樊宝杰;赵伏军;刘永宏;张宗堂【期刊名称】《安全与环境工程》【年(卷),期】2024(31)3【摘要】岩石长期处于高静应力状态且频繁受到周期扰动载荷的影响是引发各种地质灾害的关键因素。

利用自制的CX-8568冲击扰动围岩试验系统对大尺寸红砂岩开展了低频周期扰动载荷下的力学特性试验,分析了高应力状态下不同扰动平均应力、不同扰动载荷幅值下岩石的应变、损伤变量的演化规律。

结果表明:岩石在周期扰动载荷下的破坏存在门槛值,其载荷低于门槛值时岩石不会发生破坏,岩石弹性模量存在强化现象;高扰动平均应力、高扰动载荷幅值均为岩石破坏的不利因素;当扰动上限应力超过岩石单轴抗压强度后,扰动平均应力和扰动载荷幅值的增大对岩石破坏时的循环次数影响愈发显著;当扰动上限应力相同,但扰动平均应力和扰动载荷幅值不同时,岩石破坏对扰动平均应力的敏感度高于扰动载荷幅值;周期扰动载荷下岩石破坏较静态加载更剧烈;随着扰动平均应力或扰动载荷幅值的提高,岩石破坏形态由以拉剪破坏为主导过渡至以拉伸劈裂破坏为主导。

【总页数】11页(P128-137)【作者】樊宝杰;赵伏军;刘永宏;张宗堂【作者单位】湖南科技大学资源环境与安全工程学院;湖南省城市地质调查监测所;湖南科技大学岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室【正文语种】中文【中图分类】X948;TD315【相关文献】1.岩石在不同应力幅值下受低频循环扰动的力学特性试验2.周期扰动应力作用下弱胶结砂岩声发射特性试验研究3.扰动作用下类岩石三轴蠕变变形特性试验研究4.真三轴岩爆试验下三类岩石力学特性及声发射特性研究5.基于分布式光纤传感技术的轴向载荷作用下锚杆力学特性试验研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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岩爆弹射动能是反映岩爆强度和规模的重要指标[12]。采用美国 SVSI GigaView 系列 GVCM08– B05 高速摄像机对试样临空面的岩石碎块弹射破坏过程进行观测，并利用英国 IMETRUM 系列 IMVG03–1–117B 高速摄像机进行校准(见图 2)。
5
6
4
2
弹
射
方
向
60°
1.38 m 1
第 35 卷第 7 期 2016 年 7 月
岩石力学与工程学报 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering
Vol.35 No.7 July，2016
低频周期扰动荷载与静载联合作用下岩爆过程的真三轴试验研究
苏国韶 1，2，胡李华 1，2，冯夏庭 3，王金欢 1，2，张晓鹤 1，2
7 8
9 10
3
11
mechanism of the occurrence of this kind of rockburst. Key words：rock mechanics；rockburst；disturbance load；true triaxial test
1引言
深部岩体工程中，高应力围岩常受到开挖爆破、机械钻凿、地震等动力扰动荷载作用而发生失稳破坏，甚至诱发具有严重危害性的围岩动力弹射性破裂的岩爆灾害，目前已引起岩石力学界的高度重视[1-3]。深部岩体工程出现的动力扰动荷载中，有相当一部分属于低频周期动力荷载。例如，远处爆破源传来的应力波、开挖洞室附近大体积岩体失稳传来的地震波、机械钻凿或重型设备低频振动引起的振动波，以及自然地震发生时的地震波等等，均是深部岩体工程中低频周期扰动荷载的主要来源[4]。低频周期扰动荷载传播距离较远、携带能量高，容易触发高应力围岩变形破坏，但其触发岩爆的机制十分复杂，目前尚未形成清晰而统一的认识。因此，开展相关基础研究，深入推进动力扰动触发岩爆的机制研究，对于深部岩体工程的工程设计与灾害防控具有重要的现实意义与学术价值。
Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering，Institute of Rock and Soil Mechanics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan，Hubei 430071，China)
足够大小和合适速率的能量是此类岩爆发生的能量条件；试样弹性应变能小幅度突增且弹性应变能极限存储能力
快速下降的“双向背离效应”是此类岩爆发生的能量机制。
关键词：岩石力学；岩爆；扰动荷载；真三轴试验
中图分类号：TU 45
文献标识码：A
文章编号：1000–6915(2016)07–1309–14
True triaxial experimental study of rockburst process under low frequency cyclic disturbance load combined with static load
Abstract：Rockburst process of mid-coarse grained granite specimens was simulated under the cyclic loading of low frequency combined with the static loading using the true triaxial rockburst system developed in-house. The influence of different loading factors on rockburst was studied. When the other load variables were fixed，the axial static stress，the third principal stress and the disturbance amplitude all have a threshold value for rockburst under the cyclic loading of low frequency. If these thresholds were exceeded，the possibility of rockburst increased rapidly and a slight fluctuation of these factors could cause the significant change of the kinetic ejecting energy of rock and the broken degree of fragments. When the other load variables were fixed and the frequency was in the range of 0–3 Hz，the kinetic ejection energy increased first then decreased with the frequency increasing. Enough elastic energy from the static load and suitable energy rate from the cyclic load continuously were the basic
(见图 1)。试验主机为刚性压力机，竖向最大加载压力为 5 000 kN，水平方向最大加载压力为 3 000 kN，可在 3 个垂直方向进行独立伺服加载，采用刚性推头直接加载方式，可实现六面压缩、单面临空五面压缩、六面压缩一面突然卸载等真三轴试验功能。试验主机不仅能进行各种条件下的静力岩爆试验，同时可由伺服控制系统向各向油缸发送动力波加载命令实现低频动力扰动荷载的施加，低频动力扰动
SU Guoshao1，2，HU Lihua1，2，FENG Xiating3，WANG Jinhuan1，2，ZHANG Xiaohe1，2
(1. School of Civil and Architecture Engineering，Guangxi University，Nanning，Guangxi 530004，China；2. Key Laboratory of Disaster Prevention and Structural Safety of Ministry of Education，Guangxi University，Nanning，Guangxi 530004，China；3. State
合作用下岩爆过程模拟的前提下，研究不同荷载影响因素对岩爆的影响。研究结果表明：在其他荷载参数固定的
条件下，在轴向低频周期动力扰动荷载作用下，轴向静应力、第三主应力和扰动荷载幅值均存在岩爆方面的门槛
值，当达到或超过门槛值时，试样发生岩爆的可能性急剧增大，此时这 3 个影响因素的小幅变化可导致岩爆弹射
动能与岩爆碎块破碎程度的显著变化；在其他荷载参数固定的条件下，在 0～3 Hz 频率范围内，随着扰动荷载频率的增加，岩爆弹射动能呈先增大后减小的变化规律；静载作用下试样积聚足够大的弹性能和扰动荷载持续输入
从研究现状中可发现：(1) 既有的动静组合岩石力学试验研究多数是一维、二维或常规三轴试验，单面临空真三轴条件下动静组合试验较为少见，而
单面临空真三轴试验能更好地模拟开挖后围岩的应力状态；(2) 既有的动静组合岩石力学试验研究多侧重于岩石的静态脆性破坏与变形特性研究，很少涉及岩爆破坏，尤其是扰动诱发岩爆发生弹射破坏方面，仅做理论上探讨，缺乏实证性的物理试验研究；(3) 以往的动静组合加载试验，动力扰动荷载多为中高应变率段的冲击荷载，考虑低应变率或低频扰动荷载与静荷载联合作用的岩石力学试验研究成果还很欠缺。
针对上述问题，本文通过不同应力路径下的单面临空真三轴岩爆试验，模拟深部岩体在开挖后切向应力集中与低频周期扰动荷载联合作用下的岩爆过程(简称扰动岩爆，下同)，分析其中的规律与特征，为揭示深部岩体工程动力扰动触发岩爆机制提供科学依据。
2 试验系统与方案
2.1 试验系统采用自主研发的真三轴岩爆试验系统进行试验
收稿日期：2015–09–07；修回日期：2015–11–02 基金项目：国家自然科学基金资助项目(41472329) Supported by the National Natural Science Foundation of China(Grant No. 41472329) 作者简介：苏国韶(1973–)，男，1995 年毕业于广西大学水利水电工程专业，现任教授、博士生导师，主要从事深部岩体力学与工程安全方面的教学与研究工作。E-mail：suguoshao@ DOI：10.13722/ki.jrme.2015.1249
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荷载的频率为 0～5 Hz，相应振幅为 0～500 kN。试验系统还配置了高速摄像机、数码录像机、声发射仪、声音监测仪、红外热像等图像记录与信号监测装置。 2.2 试样制备
试样为中粗晶粒灰白色花岗岩，取自广东省封开县，为确保试验具有可比性，所有试样从同一块大石块上取得；试样尺寸为 200 mm×100 mm×100 mm，加工精度严格按国际岩石力学协会标准执行。试样平均密度为 2 665 kg/m3，常温下纵波波速约为 5.2 km/s，完整性和均匀性较好。 2.3 岩爆过程观测与弹射动能测试方法
针对深部岩体扰动破坏问题，学者们开展了深入的研究工作，取得了诸多有益成果。例如，马春德等[5-6]利用电液伺服试验机及其与特制的一维水平静压装置组合分别对红砂岩进行了一维、二维动静组合加载破坏试验；李夕兵等[7]研制了基于霍普金森杆的岩石动静组合加载试验系统，对冲击荷载与静载组合作用下的岩石强度特性、破碎和能量规律进行了分析；W. C. Zhu 等[8]深入开展了动力扰动诱发岩爆的数值模拟研究；宫凤强等[9]利用改造的霍普金森杆动静组合加载试验装置，开展了三维动静组合加载下砂岩力学特性试验研究；殷志强等[10] 利用动静组合分离式霍普金森压杆加载装置，研究了砂岩历经三维加载–围压卸载–轴向冲击的临界破坏特性；唐礼忠等[4]在电液伺服试验机上对深部大理岩进行了高应力下单轴小幅循环动力扰动试验；何满潮等[11]利用自行研发的冲击岩爆试验系统成功实现了真三轴试验条件下的冲击岩爆试验。