高地应力下岩体脆性破坏的相关讨论

通过以上对正长岩脆性岩石材料的强度特性的分析，在高应力作用状态下，岩石材料的性质发生改变，可以概括为：

1）在通常情况下，高应力条件下结构面的作用可能会显著降低，它主要受到脆性岩石材料中微裂纹的萌生发育的影响，是脆性岩石自身特性的一种体现。劈裂和岩爆破坏等不依赖于结构面而产生是最好的例证，即此时应力水平和岩体强度之间的矛盾上升、甚至超过结构面成为首要因素。

2）高应力条件下岩体开挖以后围岩应力可能很容易就导致了岩体的屈服破坏而进入应变软化阶段，通过试验也可以看出对于脆性岩石当应力达到一定水平，会出现黏聚力降低和摩擦力增长的并发过程，导致围岩的失稳破坏。

朱焕春等^[151]认为在进行深部的岩体工程问题的岩石力学分析时，首先要解决的是基本理论认识和实际方法问题，这包括：岩体强度参数取值、岩体潜在破坏方式的判断和分析方法、岩体本构方程和屈服后的强度变化特征^[153]。

如图3-10所示描述了上述问题的某些方面，注意岩体强度Hoek-Brown准则和常用的莫尔-库仑准则之间的不同，在σ₃-σ₁坐标系中前者为抛物线后者为直线。与高围压条件相比，低围压段的莫尔-库仑准则斜率大，显然，低围压下的岩体强度参数将高估高围压条件下的岩体实际强度。

图3-10的虚线表示了岩体屈服达到残余状态的强度，其形态与峰值条件相比存在一定差别，即此时描述岩体强度的参数值大小发生了变化。Martin等^[150]认为一般地，脆性岩体发生屈服以后其黏聚力可能会迅速下降，而内摩擦角也相应降低。

图3-10简要地给出了根据计算得到的屈服判断现场破坏形式的基本方法，假设开挖以后岩体应力变化方式由初始状态■变化到实心圆●和空心圆○表示的应力状态，并产生屈服。对于完整性好的脆性岩石而言，实心圆位置上的屈服表示储备了较高的能量，屈服发生时通常伴随能量释放和动力波的传播，现场可以表现为岩爆等剧烈方式的破坏；相反地，空心圆位置上的屈服表示了一种低能量行为，结构面的变形和块体破坏可能占主导地位。(www.xing528.com)

图3-10 岩体强度描述和屈服意义的图解

张拉破坏和围压的释放在深部脆性岩体的开挖中起到很重要的作用。微裂纹受到张拉应力且在低围压的作用下，就容易形成这种独特的劈裂裂纹。为了解释这种特殊的工程现象，可以通过图3-11脆性岩石的强度包络线加以描述，此包络线表征了随着围压的释放，洞室周边微裂纹繁衍扩展直到劈裂裂缝形成的过程。受拉状态下，围岩会在较低的应力水平就会产生破坏，容易使得裂纹表面产生张拉应力而产生劈裂破坏；另外在受压状态下，损伤阀值以下（见图3-11）岩石没有损伤，围岩保持稳定。当超过损伤阈值以后，微裂纹开始聚集。当达到一定的裂纹密度后，开始相互影响、连接。如果围压比较大会出现宏观的剪切破坏，如图3-11所示，围压比较低的情况，裂纹之间相互影响程度减少，岩石中的矿物颗粒尺度是影响破坏的主导因素，破坏将沿着颗粒边界发生，且沿着最大主应力方向扩展，最终容易出现平行于开挖面的劈裂裂缝。

图3-11 脆性岩石破坏，强度包络线示意图