破碎注浆围岩卸荷力学性能试验方法研究

吴虹雨

摘要：在西南地区的资源开采、隧道掘进等地下工程开挖过程中往往会遇到一些破碎断裂带，如果不能很好的处理这些岩石断层那么就有可能造成施工困难，甚至导致一些重大事故的发生，而破碎注浆的方式可以很好的解决岩层力学结构。本文主要针对在破碎注浆方式实施前的围岩卸荷力学性能进行试验研究，得到一些实际研究数据，为破碎注浆方式的实施提供依据，进而保证工程的正常实施。

关键词：岩石力学；卸荷；注浆

1引言

我国西南地区断裂带地形情况比较复杂，要想在此地区进行民生工程建设就需要对该地区的断裂岩层进行深入的研究，因此需要试验取得数据从而进一步深化对于应力的研究，最终采取正确的方式来处理工程过程中设备以及围岩的应力状况，保证工程的安全实施。以往采取的简单应力路径下的试验研究已经不能满足岩体工程的实际需求，在岩体挖掘过程中，受各种内外因素的影响，岩体的力学结构发生了更为复杂的变化，因此本文主要针对岩体工程过程中岩体的应力状态，采用三轴试验的方式展开试验研究。

2.试验设备与试验方案

2.1试验设备

为了更好的完成试验，本文选取具有一定岩石综合性能代表性的四川泥岩为试验岩石，岩石的整体情况如下：整体质地比较均匀，各个部分都不存在风化现象，其中没有明显的断裂，是新鲜岩体，钻样方向均垂直于节理。岩样为50mm×100mm（直径×高度）圆柱。

2.2试验方法

当岩层受到不同方式的外在压力时候其应力状态是不同的，本试验主要以实际工程项目的岩层挖

掘为真实情境进行分析。

试验方案：（1）采用应力控制，按静水压力条件逐步施加（速率0.05MPa/s）σ1=σ3至预定值（分别为4-9MPa）；（2）继续采用应力控制，保持σ3恒定，逐步增高σ1（速率0.5MPa/s）至岩样破坏前的某一应力状态（相应围压下岩石极限强度的48%～90%），σ1的应力水平大于单轴抗压强度小于相应围压下的三轴抗压强度；（3）采用位移控制，保持σ1恒定的同时以一定速率（0.1，0.05，0.005MPa/s）逐渐缓慢降低σ3至岩样破坏。

3试验结果分析

在进行试验的时候要调整不同的围岩压力，使岩石在不同的压力之下展现出其状态，因此在试验中将围岩的压力分别设置围4-9MPa，当卸围压在逐渐减小乃至消失的时候，σ1的数值是不变的，但是ε1的数值是随之增加的，而岩石的样本则体现出明显的屈服。从整体的试验变化曲线来看，当卸荷破坏程度逐渐减少直到超过峰值而下降的时候中轴的变化是比较小的，这个时候围压不论是高或者低，对于岩石的脆性特征影响均不大，岩石样本均显示出比较高的脆性特征。岩石在外在压力状况下会在短时间内出现非常清脆的响声，除了伴随一定的声响以外，体现在图中的曲线上则是急速下降。因此通过试验可以证明，卸荷对于岩石的破坏程度要远远高于加载破坏，在卸荷条件之下，岩石往往会发生较大的侧向变形，其所引起的岩石破碎程度也更大，但是加载破坏与卸荷破坏产生后，岩石样本的曲线斜率是基本一致的，也就是说当岩石破坏后，破坏的程度以及产生的结果是基本一致的。

试验结果可以从表一中得出，当对岩石采取卸荷的方式进行破坏，这个时候岩石卸荷破坏所需要偏应力是比较小的，因此说明了相对于其他方式的破坏来说，卸荷破坏的方式更容易使岩石遭受到破坏。因此在地下施工的时候采用注浆围岩的方式可以有效的防止卸荷出现，保证岩石受力均匀，增加施工的安全性。

在试验过程中发现，当岩石处在卸荷的情况之下，其岩石的轴向变形与变形模量的变化是存在一定规律的。当岩石外在的围压处于不断下降过程中的时候，岩石的外在形态的变化程度是不断加深的，而且在初始阶段外在形态变化是比较慢的，当卸荷量达到一定数值的时候，曲线变化较为剧烈，说明岩石的外在形态开始出现较大变化。一般较小的卸荷量就可以引起岩石外形较大的变化，当岩石的变形量达到一定程度的时候就会超过极限而发生岩体的破坏。

试验中的第三个阶段，直接得出了在卸荷过程中岩石的轴向应变与卸荷的关系，当卸荷量增加的时候岩体的轴向变形也是增加的，因此两者之间存在着正相关的关系，通过数据点的关系可以获得关系表达式如下：

∆å11.41120.0751∆ó3（R=0.866）

在试验中发现当岩体处于卸荷状态的时候，其塑性流动阶段的变化是受到多方面因素影响的，除了破坏时的应力水平还与围压卸荷量的大小有关，同时卸荷速率的变化也会对其产生一定的影响。岩石样本在3–5#的状况下其卸荷速率为0.005MPa/s，而岩石样本3–8#卸荷速率为0.1MPa/s，两个样本在试验初期的时候应力状态是相同的，而到了试验后期阶段前样本逐渐变为2.393×10－3后者卸荷阶段应变为1.945×10－3。因此此项试验说明了卸荷速率对岩体的破坏变化有着较大的影响，卸荷速率变大的情况下卸荷量所引起的岩石外形变化量是较小的，而卸荷速率变小的情况下，岩石的弹性变形状况与塑形特征也可以充分展现。

4.结论

本文主要研究了岩体开挖后岩石卸荷力学性能的试验，采用的试验方法为三周横轴围压方法，得出了岩石在卸荷状态下岩石的应力变化特征，进而为工程施工过程中的破碎注浆方式获得安全施工条件提供试验依据。总体来说，通过试验得到了以下结论：通过试验方法可以较为准确的获得泥岩在卸荷条件下的各种特性，进而为工程建设中实施注浆围岩方法提供依据；在试验中要注意控制应力，从低到高逐渐加大来观察泥岩样本的反映；试验中要选准试验样本的关键点进行，从而获得关键数据，保证试验研究的实用性。

参考文献：

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作者简介：

吴虹雨（1993-），男，四川省成都市人，民族：汉，学历：在读硕士研究生。研究方向：建筑安全。

项目基金：重庆科技学院研究生科技创新计划项目（YKJCX1620621）