Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đường cong ứng suất – biến dạng sau đỉnh của đá giòn dưới tải trọng kiểm soát biến dạng trục và phương ngang
Tóm tắt
Để nghiên cứu một cách hệ thống ảnh hưởng của tải trọng kiểm soát biến dạng trục và phương ngang lên cường độ và hành vi biến dạng sau đỉnh của đá giòn, bốn loại đá (cẩm thạch, sa thạch, granite và bazan) được thử nghiệm dưới áp lực nén đơn trục và ba trục, sử dụng một hệ thống thử nghiệm đá cứng giòn có tên là Stiffman với độ cứng tải trọng cao. Kết quả thí nghiệm cho thấy rằng các đường cong ứng suất – biến dạng sau đỉnh của mẫu đá dưới tải trọng kiểm soát biến dạng trục là Loại I, trong khi các đường cong dưới tải trọng kiểm soát biến dạng phương ngang chủ yếu là Loại II khi áp lực giới hạn thấp. Khi áp lực giới hạn tăng lên, các đường cong ứng suất – biến dạng chuyển sang Loại I. So với tải trọng kiểm soát biến dạng phương ngang, sự phá hủy của đá dưới tải trọng kiểm soát biến dạng trục mạnh mẽ hơn, cường độ đỉnh cao hơn và cường độ dư thấp hơn. Điều này được chứng minh rằng các đường cong ứng suất – biến dạng sau đỉnh Loại II đạt được từ tải trọng kiểm soát biến dạng phương ngang là do việc giảm tải của bộ kích hoạt nhằm đáp ứng với hệ thống servo điều khiển để giữ cho tỷ lệ biến dạng phương ngang không đổi. Trong giai đoạn biến dạng sau đỉnh, sự dãn nở lớn xảy ra, dẫn đến sự gia tăng đột ngột của tỷ lệ biến dạng phương ngang; để duy trì tỷ lệ biến dạng phương ngang ở giá trị đặt dưới tải trọng kiểm soát biến dạng phương ngang, hệ thống servo điều khiển phải ép buộc bộ kích hoạt giảm tải. Khi sự dãn nở của đá xảy ra trong giai đoạn biến dạng trước đỉnh, sự giảm tải có thể xảy ra trước cường độ đỉnh, dẫn đến sự giảm cường độ đỉnh so với cường độ đỉnh đạt được từ tải trọng kiểm soát biến dạng trục. Kết quả cho thấy rằng, đá càng giòn và dãn nở, thì sự giảm tải của bộ kích hoạt xảy ra càng sớm, cường độ đỉnh giảm càng nhiều và đường cong Loại II càng rõ rệt hơn.
Từ khóa
#đá giòn #đường cong ứng suất #biến dạng sau đỉnh #tải trọng kiểm soát biến dạng #thí nghiệm đáTài liệu tham khảo
Akdag S, Karakus M, Nguyen GD, Taheri A, Bruning T (2019) Evaluation of the propensity of strain burst in brittle granite based on post-peak energy analysis. Undergr Space 6:1–11
Bieniawski Z (1966) Mechanism of rock fracture in compression. Rock Mechanics Division, National Mechanical Engineering Research Institute, Council for Scientific and Industrial Research, South Africa
Bieniawski Z (1967) Mechanism of brittle fracture of rock, Parts I, II and III. Int J Rock Mech Min Sci 4:395–430
Bieniawski Z, Bernede M (1979) Suggested methods for determining the uniaxial compressive strength and deformability of rock materials: part 1. Suggested method for determining deformability of rock materials in uniaxial compression. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 16:138–140
Bieniawski Z, Denkhaus H, Vogler U (1969) Failure of fractured rock. Int J Rock Mech Min Sci 6:323–341
Brady BHG, Brown ET (1993) Rock mechanics for underground mining. Springer, Amsterdam
Brown E (1981) Suggested methods for determining the uniaxial compressive strength and deformability of rock materials. Rock characterisation testing and monitoring—ISRM suggested methods. Pergamon Press, Oxford
Cai M (2008) Influence of stress path on tunnel excavation response—numerical tool selection and modeling strategy. Tunn Undergr Space Technol 23:618–628
Cai, M, Hou, PY, Zhang, XW, Feng, XT (2021). Post-peak stress–strain curves of brittle hard rocks under axial-strain-controlled loading. Int J Rock Mech Min Sci 147:104921
Cai M, Kaiser P (2018) Rockburst support reference book—volume I: rockburst phenomenon and support characteristics. Laurentian University, Sudbury
Cai M, Kaiser P, Uno H, Tasaka Y, Minami M (2004) Estimation of rock mass deformation modulus and strength of jointed hard rock masses using the GSI system. Int J Rock Mech Min Sci 41:3–19
Cai M, Kaiser P, Tasaka Y, Minami M (2007) Determination of residual strength parameters of jointed rock masses using the GSI system. Int J Rock Mech Min Sci 44:247–265
Chen S, Guo W, Liu J, Yin L (2010) Experiment on formation mechanism of rock class II curve. J China Coal Soc 35:54–58
Cook N (1965) The failure of rock. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 2:389–403
Cook N, Hojem J (1966) A rigid 50-ton compression and tension testing machine. J South Afr Mech Eng 1:89–92
Drucker D (1959) A definition of stable inelastic material. J Appl Mech 26:101–195
Fairhurst C, Hudson J (1999) Draft ISRM suggested method for the complete stress–strain curve for intact rock in uniaxial compression. Int J Rock Mech Min Sci 36:279–289
Feng X (2017) Rockburst: mechanisms, monitoring, warning, and mitigation. Butterworth-Heinemann, Oxford
Gao F, Kang H (2017) Experimental study on the residual strength of coal under low confinement. Rock Mech Rock Eng 50:285–296
Ge X, Zhou B (1992) The servo-controlled rock mechanics testing machine based on the self-adaptable principle and it’s significance for some research field of rock mechanics. Rock Soil Mech 13:8–13
Ge X, Zhou B, Liu M (1992) New insights into the post-peak characteristics of rocks. China Min Mag 2:60–63
He C, Okubo S, Nishimatsu Y (1990) A study of the class II behaviour of rock. Rock Mech Rock Eng 23:261–273
Hoek E, Brown ET (1997) Practical estimates of rock mass strength. Int J Rock Mech Min Sci 34:1165–1186
Hoek E, Carranza-Torres C, Corkum B (2002) Hoek–Brown failure criterion-2002 edition. Proc NARMS-Tac 1:267–273
Hojem J, Cook N, Heins C (1975) A stiff, two maganewton testing machine for measuring the worksoftening behaviour of brittle materials. J S Afr Mech Eng 25:250–270
Hudson J, Harrison J (2000) Engineering rock mechanics: part 1: an introduction to the principles. Elsevier, Pergamon
Hudson J, Brown ET, Fairhurst C (1971) Optimizing the control of rock failure in servo-controlled laboratory tests. Rock Mech 3:217–224
Hudson J, Crouch S, Fairhurst C (1972) Soft, stiff and servo-controlled testing machines: a review with reference to rock failure. Eng Geol 6:155–189
Joseph T (2002) Estimation of the post-failure stiffness of rock. Dissertation, University of Alberta
Kawakata H, Cho A, Kiyama T, Yanagidani T, Kusunose K, Shimada M (1999) Three-dimensional observations of faulting process in Westerly granite under uniaxial and triaxial conditions by X-ray CT scan. Tectonophysics 313:293–305
Keedy DA, Volungis RJ, Kawai H (1960) The use of an instron testing machine for the determination of stress and strain-optical coefficients. Universtity of Massachusetts Amherst, Amherst
Kovari K, Tisa A, Einstein H, Franklin J (1983) Suggested methods for determining the strength of rock materials in triaxial compression: revised version. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 20:285–290
Labuz JF, Biolzi L (1991) Class I vs class II stability: a demonstration of size effect. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 28:199–205
Labuz JF, Zang A (2012) Mohr–Coulomb failure criterion. Rock Mech Rock Eng 45:975–979
Mishra B, Nie D (2013) Experimental investigation of the effect of change in control modes on the post-failure behavior of coal and coal measures rock. Int J Rock Mech Min Sci 60:363–369
Okubo S, Nishimatsu Y (1985) Uniaxial compression testing using a linear combination of stress and strain as the control variable. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 22:323–330
Okubo S, Nishimatsu Y, He C (1990) Loading rate dependence of class II rock behaviour in uniaxial and triaxial compression tests—an application of a proposed new control method. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 27:559–562
Paulding BW (1965) Crack growth during brittle fracture in compression. Dissertation, Massachusetts Institute of Technology
Peng J, Cai M (2019) A cohesion loss model for determining residual strength of intact rocks. Int J Rock Mech Min Sci 119:131–139
Rummel F, Fairhurst C (1970) Determination of the post-failure behavior of brittle rock using a servo-controlled testing machine. Rock Mech 2:189–204
Sano O, Terada M, Ehara S (1982) A study on the time-dependent microfracturing and strength of Oshima granite. Tectonophysics 84:343–362
Saroglou H, Tsiambaos G (2008) A modified Hoek–Brown failure criterion for anisotropic intact rock. Int J Rock Mech Min Sci 45:223–234
Singh M, Raj A, Singh B (2011) Modified Mohr–Coulomb criterion for non-linear triaxial and polyaxial strength of intact rocks. Int J Rock Mech Min Sci 48:546–555
Singh M, Samadhiya N, Kumar A, Kumar V, Singh B (2015) A nonlinear criterion for triaxial strength of inherently anisotropic rocks. Rock Mech Rock Eng 48:1387–1405
Stavrogin A, Tarasov B (2001) Experimental physics and rock mechanics. CRC Press, Boca Raton
Stavrogin A, Tarasov B, Shirkes O, Pevzner E (1981) Strength and deformation of rocks before and after the breakdown point. Sov Min Sci 17:487–493
Ulusay R, Hudson J (2007) Suggested methods for determining the uniaxial compressive strength and deformability of rock materials. In: Ulusay R, Hudson J (eds), The complete ISRM suggested methods for rock characterization, testing and monitoring: 1974–2006. ISRM Turkish National Group and the ISRM, Ankara, Turkey, pp 151–156
Vogler U, Stacey T (2016) The influence of test specimen geometry on the laboratory-determined Class II characteristics of rocks. J S Afr Inst Min Metall 116:987–1000
Wawersik WR, Brace WF (1971) Post-failure behavior of a granite and diabase. Rock Mech 3:61–85
Wawersik WR, Fairhurst C (1970) A study of brittle rock fracture in laboratory compression experiments. Int J Rock Mech Min Sci Geomech Abstr 7:561–575
Wawersik WR (1968) Detailed analysis of rock failure in laboratory compression tests. Dissertation, University of Minnesota
Wong LNY, Meng F, Guo T, Shi X (2020) The role of load control modes in determination of mechanical properties of granite. Rock Mech Rock Eng 53:539–552
Xu T, Tang CA, Zhang Z, Zhang YB (2003) Theoretical, experimental and numerical studies on deformation and failure of brittle rock in uniaxial compression. J Northeast Univ (nat Sci) 24:3164–3169
You M (1998) Unstable failure of rock sample under uniaxial compression and loading performance of testing machine. Rock Soil Mech 19:43–49
You M (2007) Mechanical properties of rock. Geological Press, Beijing
Zhang H, Li CC (2019) Effects of confining stress on the post-peak behaviour and fracture angle of Fauske marble and Iddefjord granite. Rock Mech Rock Eng 52:1377–1385
Zhang X, Yang C, Zhang J, Ren J (2013) Experimental study of mechanical behaviour of deep gneiss in Hongtoushan copper mine. Chin J Rock Mech Eng Geol 32:3228–3237
Zhang X, Feng X, Kong R, Wang G, Peng S (2017) Key technology in development of true triaxial apparatus to determine stress–strain curves for hard rocks. Chin J Rock Mech Eng Geol 36:2629–2640
Zhang S, Wu S, Chu C, Guo P, Zhang G (2019) Acoustic emission associated with self-sustaining failure in low-porosity sandstone under uniaxial compression. Rock Mech Rock Eng 52:2067–2085
Zhao X, Cai M (2010a) Influence of plastic shear strain and confinement-dependent rock dilation on rock failure and displacement near an excavation boundary. Int J Rock Mech Min Sci 47:723–738
Zhao X, Cai M (2010b) A mobilized dilation angle model for rocks. Int J Rock Mech Min Sci 47:368–384
Zhao X, Cai M, Wang J, Ma L (2013) Damage stress and acoustic emission characteristics of the Beishan granite. Int J Rock Mech Min Sci 64:258–269
Zheng H, Li C (1997) Analysis principle and application of brittle-plastic rock mass. Chin J Rock Mech Eng 16:8–21
Zheng H, Ge X, Li C (1998) Reply to “Discussion on complete stress–strain curves of rocks uniaxial compression test.” Chin J Rock Mech Eng 17:107–108