创新点：（1）研究了卸载和卸荷的区别，卸载是岩体受载力的减小，卸荷是岩体破坏后承载能力的降低；卸载岩体自身积聚能量不一定减小，卸荷岩体自身积聚能一定减小。（2）分析了不同主应力加卸载岩体次生各向异性及能量演化机制，得到高围压第一主应力卸载是能量释放的过程，而高围压第三主应力卸载是能量积聚的过程。（3）考虑第二主应力的影响，探讨了最大主应力加卸载和最小主应力加卸载的差异性；（4）阐明了最小主应力不同卸荷速率的影响机理，揭示了不同主导方向加卸载诱导其余方向的能量演化机制。
研究背景：地下工程开挖是一个复杂的加卸载过程，卸荷条件下岩石的力学特性与加载条件下存在很大差异，尤其在高应力作用下，岩体本质属性和开挖衍生的卸荷扰动附加属性形成的叠加效应，使高应力岩体的组织 结构、基本行为特征和工程响应均发生根本变化，造 成深部开采中动力灾变事故出现多发性和突发性。各向异性是岩体的重要性质，根据各向异性产生 的原因和表现的不同，主要分为原生各向异性和次生各向异性(固有各向异性和应力诱导各向异性)。原生各向异性是指岩体在沉积过程中，不同方向的矿物 颗粒因排列不同所引起的力学特性和参数存在差异; 次生各向异性是指随着岩体材料应力状态的变化，不同应力方向上的变形特征有所不同。在各向异性方面国内外专家在各向异性方面进行了诸多研究，研究 表明，岩体内部存在的层理、节理、裂隙等结构面导致 了其具有明显的各向异性，结构面会破坏岩体的完整性，对其力学特性产生重大的影响，在外载荷作用 下，岩体的破坏可能沿着这些不连续面进行扩展，从而降低岩体强度。因此，研究采动裂隙诱发地层各向 异性对矿山灾害防治及环境保护至关重要。DAN等对砂岩、片麻岩、板岩进行巴西劈裂试验，研究层理倾角、加载方向角对抗拉强度和破坏模式的影响;ABBASS等研究发现，岩体内部层理角度越大，其抗拉强度和破坏耗散能越低;但大多数的分析主要集中在原生各向异性方面，在次生各向异性方面的研究 还需要继续深入开展。在第一主应力加卸载方面大多数研究是借助σ2=σ3的三轴实验，分析循环加卸载过程岩体的损伤特征;在第三主应力卸载研究方面任建喜等通过岩石全过程卸荷CT试验，发现卸荷岩体比加载岩体更容易破坏，且具有突发的特性; 陈景涛和冯夏庭获得了卸荷破坏比加载破坏更加剧烈，并且破坏主要向卸荷面扩展，同时发生拉伸−劈裂−剪切破坏的阶段性复合破坏;哈秋舲等针对三 峡工程永久船闸陡高边坡开展了研究，提出了各向异 性卸荷岩体力学理论及其新概念;李建林等分析了节理开挖卸荷岩体的各向异性，发现岩体自身强度和节理面强度是影响节理岩体力学特性的主要因素;在 真三轴加卸载方面，FENG、宫伟力、李夕兵和SU等做了大量的研究，但在真三轴条件下，不同主应力方向加卸载诱导其他方向主应力方向的变化 特征还需要进一步研究，从而揭示最小主应力卸荷相 邻岩体对其影响破坏机理。岩体在不同地应力和不同工程扰动类型作用下 表现出极其复杂的力学特性。在局部高应力作用下， 使岩体发生损伤，但仍然呈现出高强度未发生整体破 坏的状态，已有的强度理论和破坏准则无法很好地分 析这种复杂的破坏特征。近几年，国内外学者希望 通过研究岩体加卸载过程中能量积聚、耗散和释放能 量守恒，分析其破坏全过程的能量变化、强度特性和 损伤破坏特征之间的联系，揭示岩体不同主应力卸荷 条件下岩体破坏的机理。左建平和宋洪强考虑了煤岩体的力学特性与能量积聚性质的差异，表征了煤岩系统失稳过程中储存弹性能的释放速率;吴拥政等利用改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置，探究了动静载叠加作用下冲击失稳破坏机制;刘之喜等进行了单轴循环加卸载、分级蠕变及蠕变后的 循环加卸载试验，提出了研究岩体蠕变条件下岩体能量变化的新方法;来兴平等研究了不同含水状态煤 岩样单轴压缩全过程，分析煤岩样损伤演化过程能量释放规律;谭云亮等研究了“煤体”自身能量释放 型和“煤体+顶底板”共同能量释放型2类煤巷帮部失 稳诱冲机理;众多研究成果对巷道稳定性控制起到积极意义，而对于真三维应力状态，不同加卸载条件下 岩体各向异性强度、能量演化机制的研究并不多见; 在实际工程中，岩体所处的应力状态多数为三向六面 受力的情况，当一个主应力发生改变势必对其余2个主应力产生影响，因此研究真三维条件下不同方向加卸载时岩体的各向异性及能量演化规律，对巷道围岩 稳定性的预测和控制起着重要的作用。笔者采用真三轴卸荷扰动岩石测试系统，研究不 同加卸路径下岩体的次生各向异性及能量演化规律， 分析高应力岩体不同主应力加卸载条件下应力−应变 演化规律和岩体破坏特征，考虑第二主应力的影响，探 讨最大主应力加卸载和最小主应力加卸载的差异性， 阐明最小主应力不同卸荷速率的影响机理，揭示不同 主导方向(应力−应变状态发生改变的方向)加卸载诱导 其余方向的能量演化机制，研究结果对深部岩体开挖卸荷诱发的矿井灾害预防和控制具有重要的指导意义。
摘要：地下工程开挖过程中围岩处于极其复杂的应力环境中，尤其是在其各向异性的影响下，动力灾害的发生存在隐蔽性。采用真三轴卸荷扰动岩石测试系统对砂岩进行不同主应力方向加卸载试验，研究真三轴不同主应力加卸载条件下高应力岩体力学特性与破坏特征，分析不同主应力加 卸载岩体次生各向异性及能量演化机制。结果表明:（1）在岩体次生各向异性影响下，σ1(第一主应力)进行循环加卸载过程中，ε2(第二主应变)和ε3(第三主应变)呈现相反变化，εV(体积应变)先压缩 再膨胀，最终表现出膨胀的宏观现象。（2）高围压岩体σ3(第三主应力)卸载时，ε1产生压缩，ε2和ε3产生膨胀变形，ε2变化量小于ε3，卸荷方向变形由线弹性状态转变为弹−塑非线性。（3）σ1和σ3卸载 岩体积聚的能量差异较大，σ1卸载是一个能量释放的过程，σ3卸载是一个能量积聚的过程，卸荷方向的能量变化特征决定了其余2个诱发方向的能量积聚、释放规律，σ3卸载岩体的极限储存能量降低，且σ2(第二主应力)卸荷时随着σ1的增大加快了岩石的破坏，表明岩体卸载比加载更容易破坏。（4）σ3卸荷速度越快，破坏时所释放的能量增加、耗散能降低，卸荷方向岩体能量密度和总积聚能量密度减小。动力事故发生的主要原因是岩体内部能量的积聚释放，岩体次生各向异性对 岩体自身极限储存能存在很大影响，研究真三维加卸载次生应力对岩石极限储存能的影响特征为 冲击地压防止提供了参考。
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