动力扰动下岩体结构面力学响应与破坏机制研究

"该研究主要探讨了不同倾角岩体结构面在循环动力扰动下的力学特性，通过微控电液伺服疲劳试验机进行了实验，观察了结构面岩石的变形特征和破坏机理。实验结果显示，动力扰动导致岩石试件产生竖向裂纹并最终碎裂，结构面倾向膨胀。应力应变曲线形成滞后环，具有疏-密-疏的三个阶段，表明能量积累和裂纹扩展。当结构面倾角固定，扰动应力幅值增加会加剧岩石的劣化，降低其抗载性能。反之，当应力幅值不变，倾角增大，变形模量减小，阻尼比先减后增，反映了裂隙的发展过程。存在一个扰动阈值，低于此值，岩石塑性应变稳定，高于此值，岩石将快速破坏。研究通过能量变化揭示了循环荷载下的破坏机制，为深部工程的安全设计提供了理论依据。" 这篇研究文章详细分析了不同倾角的岩体结构面对动力扰动的响应，特别是它们在循环动力荷载下的力学行为。研究人员利用微控电液伺服疲劳试验机对不同角度的结构面岩石进行了动态加载实验，以模拟大型硐室或边坡可能遇到的动力环境。实验发现，动力扰动会导致结构面岩石试件产生大量沿轴向发展的竖向裂纹，最终导致试件碎裂成片状或条状，结构面表现出倾向膨胀的特征。 在力学特性方面，每次加载和卸载的应力应变曲线形成了具有明显滞后特性的封闭环，这些滞后环曲线呈现出疏松、密集、再疏松的三阶段模式。这揭示了在动力扰动下，岩石内部能量的积累和消耗过程，能量主要用于矿物颗粒间的滑移和裂纹的扩展与新生。 进一步的研究发现，结构面岩体的倾角和扰动应力幅值对岩石的力学性能有显著影响。当倾角固定，随着扰动应力幅值的增大，滞后环曲线的面积和变形模量增加，意味着岩石内部积累的能量增多，导致岩石的抗载能力下降。相反，如果应力幅值保持不变，倾角的增加会使变形模量减小，岩石的阻尼比呈现先减少后稳定的趋势，揭示了裂隙从初始变形到破坏的演化过程。 此外，研究还确定了一个关键的扰动阈值，这个阈值取决于静载荷和结构面的倾角。当扰动应力幅值低于这个阈值，岩石在循环加载下能保持相对稳定，塑性应变趋于一个稳定值；反之，若超过阈值，岩石的塑性应变积累将迅速增加，遵循朗之万函数逆函数的规律，预示着岩石的快速破坏。 通过对不同振幅和倾角下结构面岩石内部能量变化的深入分析，研究者揭示了循环荷载作用下的能量破坏机制。这些发现对于理解和预测深部工程中岩体结构面的动力响应，以及制定相应的安全防护措施具有重要的科学价值和实际应用意义。