Page 82 - 无损检测2021年第五期

孙富强:
基于 CT 技术的层状复合岩体损伤演化规律分析

, , 为位置a , 响下, 其蠕变参数缓慢变化, 令岩层出现永久性变形
处的横坐标; v 为边界纵坐标; v a v b v c
b , c 处的纵坐标; 为岩体质量; E 为求均值符号。 趋势。当作用力增大时, 蠕变系数的取值更接近极
p
, , 分别为岩体不同扫描位置的扫描范围边 大值; 当力的作用时间增加时, 蠕变参数的变化将加
B a B b B c
界条件。 剧岩体结构层之间的损伤。该复合岩体的夹层应力
根据上述边界条件, 采用 CT 平均数扫描法对单 模型如图 4 所示 [ 10 ] 。
一性岩体进行扫描, 得到如图2所示的扫描结果。

图 4 复合岩体的夹层应力模型

图 2 单一岩性岩体 CT 平均数法扫描结果 图4 中的F 1~F 4 为来自不同方向的作用力; A
,
图 2 中的黑色细线是岩体受到力的作用后形成 与 B 为同一岩体的不同岩层位置; h 1 h 2 与 h 分别
为岩层的不同厚度。根据图 4 的岩体结构条件, 岩
的损伤裂痕, 不规则黑色斑点为损伤缺口。图 2 上
层 B 在层厚范围内所受到的平行于层面( x 方向) 的
方的圆圈中有很多较小的裂痕, 是多次低强度外力
( , , 大小相等) 为
作用导致的; 下方圆圈显示的裂痕较大较重, 为高强 合力 F x F x F 1 F 2
h / 2
度外力所致。通过 CT 技术获得岩体微结构图像,
( )
F x = η F x y d y ( 6 )
进而提取岩体的损伤特征, 岩样中位置a 处的损伤 ∫
- h / 2
( )
特征参量 可估算为 式中: F x y 为 沿 x 方向作用在 岩层 B 上的 分 布
ζ a
η
ζ a = 0.5C ia μ ia μ si ζ KM ( 5 ) 力; 为待定系数。
条件约束下, 在i 位置处的裂纹扩 同理, 可求出岩层 B 在平行于层面方向上宽度
式中: C ia 为B a
y
展量; 为岩体脆性, 即在不同压力下的岩爆特性; 为Y 的范围内所受到的垂直于层面( 方向) 的合
μ ia
[ 11 ]
( , ,
为损伤面积s 下 的岩体脆性; 为损伤系数; K 力 F y F y F 3 F 4 大小相相等) 。
μ si ζ
为局部损伤演变增量; M 为损伤释放率。 蠕变参数用f表示, 代入式( 6 ) 得到该参数横纵
同理, 对于不同的位置b , c , 可求得 与 。根 分量的计算式为
ζ b ζ c
据所求结果模拟出岩体损伤的演化过程如图3所示。 mx 2 ( m +2 ) 2
y
f x =- + -
2
2
b η F h h b η F h h
m m

2 + -F h ( 7 )
( m +1 ) b m +1
m y 2 m
f y =- + 2 -F y

2
b η F y h ( m +2 ) b

式中: 为水 平 方 向 上 的 岩 体 蠕 变 参 数; 为 垂
f x
f y
图 3 岩体损伤演化过程模拟结果 直方向上的岩体蠕变参数; m 为应力修正函数值;
由图 3 可知, 该岩体的损伤最先从边缘开始, 在 b 为损伤级 别, 分 为 低、 中、 高 3 个 级 别; x 和 y 为
力的作用下, 经过一段时间发展为图 3 ( b ) 所示中的 不同角度的蠕变值; F h 为垂直方向上岩层所受的
裂纹, 由于该岩体没有较强的起支撑作用的微结构, 合力 [ 12 ] 。
故裂纹演变为阶段三的损伤状态 [ 9 ] 。 综合上式得到综合蠕变参数为
1.3 考虑岩体蠕变的层状岩体损伤演化规律分析 1 1

ρ x y = ln - φ ×ex p - 2π ( 8 )
根据岩体损伤过程, 计算复合岩体蠕变参数, 实 f x +f y
现对损伤演变规律的分析。岩体损伤在作用力的影 式中: 为综合蠕变参数; 为蠕变修正参量。
φ
ρ x y
0
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2021 年 第 43 卷 第 5 期

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