基于CT试验砂岩峰后本构关系及其力学性能研究

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由开采扰动造成围岩的破坏,围岩应力重新分布,尤其是软弱岩质的砂岩,由于岩质的特殊性,其破坏后的力学特性尤为复杂,破裂后的这部分砂岩一般处于峰值强度之后,由于受周围应力的影响此时这部分岩体仍具有很高的支护强度。所以研究三轴应力作用下的砂岩峰后强度可以对地下软弱岩质工程开挖提供指导意见,提前预测冲击地压、岩爆、塌方等重大事故,减少不必要的损失从而提高经济效益。  基于CT三轴加载试验,通过试验数据与理论分析对砂岩峰后力学性能进行阐明,然后介入参数内摩擦角作为内变量再结合摩尔应力圆拟合出峰后弹性模量非线性拟合函数,进而得出岩石峰后本构模型;通过实验与数值模拟对新建模型进行检验,得出实验数据产生的应力应变曲线图与数值模拟得到应力应变曲线图变化趋势基本保持一致。  运用上面建立的本构模型进行自定义写入到FLAC3D中,进行模拟砂岩峰后三轴压缩试验,通过观察试件模型在经过前期的弹性阶段后,进入到塑性区,随着载荷的逐渐增加塑性区逐渐增大,剪切破坏区首先由中间开始然后向两边扩展,继续增加载荷,模型试件开始沿45度剪切破坏,直到上下两部分的裂纹汇合接着裂纹贯穿了整个试件,此时试件模型进入到残余应力阶段。通过对新本构模型代入进行的岩石三轴加载的模拟与预期砂岩试件的破坏形态相吻合,模拟出了砂岩剪切破坏的全过程,说明此次模拟试验比较合理。  最后以工程实例为依托分别运用新建的本构模型与常规普通本构模型进行模拟计算,通过模拟计算可以看出新建模型在水平收敛、拱顶沉降、掌子面的挤出等巷道形变大于常规模型的形变变化,但总体变化趋势一致,从而验证了新建本构模型对巷道开挖的可行性与适用性。
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