Phương pháp dựa trên biến dạng để xác định áp lực đóng crack và khởi phát crack trong các thử nghiệm nén

Dahai Wang1, Shaohui He1, Dwayne D. Tannant2
1School of Civil Engineering, Beijing Jiaotong University, Beijing, China
2School of Engineering, The University of British Columbia, Okanagan Campus, Kelowna, Canada

Tóm tắt

Các giai đoạn tải trước đỉnh của đá trong các thử nghiệm nén được chia thành bốn giai đoạn (tức là, đóng crack, biến dạng đàn hồi, tăng trưởng crack ổn định và tăng trưởng crack không ổn định) bằng cách xác định áp lực Đóng Crack (CC), áp lực Khởi Phát Crack (CI) và áp lực hư hại crack. Một phương pháp mới để xác định CC và CI được trình bày trong bài báo này và so sánh với các phương pháp trước đó. Phương pháp mới được gọi là “Sai lệch Biến dạng Liên tục” (CSD), và nó giải quyết hai vấn đề liên quan đến các phương pháp khác: 1) xác định giới hạn cho vùng đàn hồi trong dữ liệu phòng thí nghiệm, và 2) xác định vị trí xảy ra đóng crack hoặc khởi phát từ những thay đổi tinh tế trong dữ liệu ứng suất-biến dạng. Bắt đầu từ một điểm ban đầu tương ứng với 30% đến 40% áp lực nén cực đại (UCS), thuật toán đề xuất cung cấp một chỉ báo rõ ràng cho CC và CI. CC và CI cho đá granite Badaling và diorit Äspö được xác định bằng phương pháp được đề xuất, kết quả tương tự như các phương pháp khác. Phân tích độ nhạy của phương pháp CSD cho thấy rằng các giá trị CC và CI ổn định có thể được ước tính bằng bất kỳ điểm ban đầu nào từ 30% đến 40% UCS. Các nghiên cứu so sánh cho thấy phương pháp CSD dự đoán một khoảng ứng suất nhỏ hơn và cung cấp một chỉ báo rõ ràng hơn cho cả CC và CI.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

Andersson, J. C. and Martin, C. D. (2009). “The Äspö pillar stability experiment: Part I—Experiment design.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol. 46, no. 5, pp. 865–878, DOI: 10.1016/j.ijrmms.2009.02.010. Andersson, J. C., Martin, C. D., and Stille, H. (2009). “The Äspö pillar stability experiment: Part II—Rock mass response to coupled excavation–induced and thermal–induced stresses.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol. 46, no. 5, pp. 879–895, DOI: 10.1016/j.ijrmms.2009.03.002. Brace, W. F., Paulding, B. W., and Scholz, C. (1966). “Dilatancy in the fracture of crystalline rocks.” Journal of Geophysical Research, vol. 71, no. 16, pp. 3939–3953, DOI: 10.1029/JZ071i016p03939. Cai, M. and Kaiser, P. K. (2014). “In–situ rock spalling strength near excavation boundaries.” Rock Mech. Rock Eng., vol. 47, no. 5, pp. 659–675, DOI: 10.1007/s00603–013–0437–0. Cai, M., Kaiser, P. K., Tasaka, Y., Maejima, T., Morioka, H., and Minami, M. (2004). “Generalized crack initiation and crack damage stress thresholds of brittle rock masses near underground excavations.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol. 41, no. 5, pp. 833–847, DOI: 10.1016/j.ijrmms.2004.02.001. Diederichs, M. S. (2003). “Manuel rocha medal recipient rock fracture and collapse under low confinement conditions.” Rock Mech. Rock Eng., vol. 36, no. 5, pp. 339–381, DOI: 10.1007/s00603–003–0015–y. Diederichs, M. S. (2007). “The 2003 canadian geotechnical colloquium: Mechanistic interpretation and practical application of damage and spalling prediction criteria for deep tunnelling.” Canadian Geotechnical Journal, vol. 44, no. 9, pp. 1082–1116, DOI: 10.1139/T07–033. Diederichs, M. S., Kaiser, P. K., and Eberhardt, E. (2004). “Damage initiation and propagation in hard rock during tunnelling and the influence of near–face stress rotation.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol. 41, no. 5, pp. 785–812, DOI: 10.1016/j.ijrmms.2004.02.003. Eberhardt, E., Stead, D., Stimpson, B., and Read, R. S. (1998). “Identifying crack initiation and propagation thresholds in brittle rock.” Canadian Geotechnical Journal, vol. 35, no. 2, pp. 222–233, DOI: 10.1139/t97–091. Glamheden, R., Fälth, B., Jacobsson, L., Harrström, J., Berglund, J., and Bergkvist, L. (2010). Counterforce applied to prevent spalling, Technical Report SKB TR–10–37, Swedish Nuclear Fuel and Waste Management, Stockholm, Sweden. Hajiabdolmajid, V., Kaiser, P. K., and Martin, C. D. (2002). “Modelling brittle failure of rock.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol. 39, no. 6, pp. 731–741, DOI: 10.1016/S1365–1609(02)00051–5. Hajiabdolmajid, V., Kaiser, P., and Martin, C. D. (2003). “Mobilised strength components in brittle failure of rock.” Géotechnique, vol. 53, no. 3, pp. 327–336, DOI: 10.1680/geot.2003.53.3.327. Kaiser, P. K., Yazici, S., and Maloney, S. (2001). “Mining–induced stress change and consequences of stress path on excavation stability–a case study.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol. 38, no. 2, pp. 167–180, DOI: 10.1016/S1365–1609 (00)00038–1. Lajtai, E. Z. and Lajtai, V. N. (1974). “The evolution of brittle fracture in rocks.” Journal of the Geological Society, vol. 130, no. 1, pp. 1–16, DOI: 10.1144/gsjgs.130.1.0001. Martin, C. D. (1997). “Seventeenth Canadian geotechnical colloquium: The effect of cohesion loss and stress path on brittle rock strength.” Canadian Geotechnical Journal, vol. 34, no. 5, pp. 698–725. DOI: 10.1139/t97–030. Martin, C. D. and Chandler, N. A. (1994). “The progressive fracture of Lac du Bonnet granite.” International Journal of Rock Mechanics & Mining Science & Geomechanics Abstracts, vol. 31, no. 6, pp. 643–659, DOI: 10.1016/0148–9062(94)90005–1. Martin, C. D., Kaiser, P. K., and McCreath, D. R. (1999). “Hoek–Brown parameters for predicting the depth of brittle failure around tunnels.” Canadian Geotechnical Journal, Vol. 36, No.1, pp. 136–151, DOI: 10.1139/t98–072. Nicksiar, M. and Martin, C. D. (2012). “Evaluation of methods for determining crack initiation in compression tests on low–porosity rocks.” Rock Mech. Rock Eng., Vol. 45, No.1, pp. 607–617, DOI: 10.1007/s00603–012–0221–6. Peng, J., Rong, G., Cai, M., and Zhou, C. B. (2015). “A model for characterizing crack closure effect of rocks.” Engineering Geology, vol. 189, pp. 48–57, DOI: 10.1016/j.enggeo.2015.02.004. Stacey, T. R. (1981). “A simple extension strain criterion for fracture of brittle rock.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, vol. 18, no. 6, pp. 469–474, DOI: 10.1016/0148–9062(81)90511–8. Tkalich, D., Fourmeau, M., Kane, A., Li, C. C., and Cailletaud, G. (2016). “Experimental and numerical study of Kuru granite under confined compression and indentation.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol. 87, pp. 55–68, DOI: 10.1016/j.ijrmms.2016.05.012. Walton, G., Arzúa, J., Alejano, L. R., and Diederichs, M. S. (2015). “A laboratory–testing–based study on the strength, deformability, and dilatancy of carbonate rocks at low confinement.” Rock Mech. Rock Eng., vol. 48, no. 3, pp. 941–958, DOI: 10.1007/s00603–014–0631–8. Zhao, X. G., Cai, M., Wang, J., Li, P. F., and Ma, L. K. (2015). “Objective determination of crack initiation stress of brittle rocks under compression using AE measurement.” Rock Mech. Rock Eng., vol. 48, no. 6, pp. 2473–2484, DOI: 10.1007/s00603–014–0703–9. Zhao, X. G., Cai, M., Wang, J., and Ma, L. K. (2013). “Damage stress and acoustic emission characteristics of the Beishan granite.” International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, vol. 64, pp. 258–269, DOI: 10.1016/j.ijrmms.2013.09.003.