真三軸卸荷條件下砂巖力學特性和剪切變形帶預測模型研究

【摘要】：中間主應力和卸載作用對巖石剪切破壞特性具有重要影響?；诙喙δ苷嫒S流固耦合試驗系統，開展不同中間主應力條件下砂巖加載和卸載破壞試驗，分析其變形特征和強度特性，通過建立本構關系和剪切變形帶角度預測模型，研究二者對剪切變形帶角度的影響規律。試驗結果表明：隨著中間主應力增加，巖樣峰值處偏剪切應力增加，且卸載條件下增幅較??；巖樣最大壓縮點呈現先增加后趨于穩定的趨勢，達到最大壓縮點后，加載條件下巖樣體積應變由膨脹逐漸變為壓縮，而卸載條件下均發生膨脹趨勢。隨著中間主應力增加，巖樣偏剪切應變發生陡增，卸載條件下陡增提前。在峰值處，卸載條件下應力Lode角和應變Lode角均比加載條件下的大，且兩個條件下兩類Lode角的差值隨中間主應力增加而增大。中間主應力和卸載作用可以通過應力Lode角反映巖石屈服特性，通過應變Lode角反映巖石內部裂隙演化方向。采用等效塑性應變表征內摩擦角和剪脹角，建立由三應力不變量構成的硬化本構關系；引入相關流動法則，構建剪切變形帶角度預測模型。對比試驗值，發現模型預測效果良好。隨著中間主應力增加，變形帶角度先減小隨后趨于穩定；而卸載作用會減小變形帶角度，并受中間主應力影響，角度減小幅度下降。該研究為保障礦山開采工程圍巖穩定性提供理論依據。