Caratteristiche di danneggiamento di rocce deboli con diversi angoli di immersione durante lo scorrimento viscoso

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7497 (2023) Citare questo articolo

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Per studiare l'influenza dell'angolo di immersione dello strato debole sulla rottura di creep dell'ammasso roccioso composito, questo articolo conduce un esperimento di creep con carico graduale sull'ammasso roccioso composito con diversi angoli di immersione utilizzando il metodo dell'emissione acustica per esaminare il processo di evoluzione della frattura. Con l'aumentare del grado di carico, il conteggio totale cumulativo degli anelli dell'ammasso roccioso mostra un andamento a forma di "U", e i risultati del posizionamento spaziale delle emissioni acustiche mostrano che gli eventi di emissione acustica nel processo di frattura dell'ammasso roccioso sono concentrati principalmente in prossimità dei punti deboli. strato, mentre in altre aree gli eventi sono pochi e dispersi. Per ammassi rocciosi con angoli di immersione dello strato debole compresi tra 0° e 15°, le crepe si verificano sia nelle rocce tenere che in quelle dure, dove le crepe da taglio sono dominanti nelle rocce tenere, le crepe da trazione sono dominanti nelle rocce dure e, infine, l'ammasso roccioso mostra principalmente fenomeni di trazione. fallimento della scissione. Per gli ammassi rocciosi con angoli di immersione dello strato debole di 30° e 45°, la maggior parte delle fessure si trovano all'interno della roccia tenera, che è dominata da fessure da taglio. Con l’aumento dei carichi differenziati, le fessure di taglio continuano a svilupparsi lungo la direzione dello strato debole, l’ammasso roccioso superiore continua a scivolare e a dislocarsi, e la modalità di rottura finale è principalmente la rottura per scorrimento di taglio. L'evoluzione del danno varia con l'angolo di inclinazione dello strato debole, che può essere suddiviso in tre fasi: accumulo iniziale del danno, accelerazione del danno e distruzione del danno. Ciò dimostra la capacità di prevedere, prevenire e controllare il verificarsi di disastri da creep negli ammassi rocciosi con strati deboli.

Con il rapido sviluppo dell’economia, l’industria dell’ingegneria degli ammassi rocciosi è in crescita e sempre più progetti di ingegneria degli ammassi rocciosi vengono realizzati uno dopo l’altro, soprattutto negli strati di carbone, dove le rocce metamorfiche e le pietre fangose ​​sono ampiamente distribuite, vedere Fig. 1. In particolare, l’ammasso roccioso a letto debole interrompe l’integrità e la continuità della struttura dell’ammasso roccioso, compromette le proprietà meccaniche dell’ammasso roccioso e aumenta le possibilità di cedimento improvviso e catastrofico sotto stress applicato.

Ammasso roccioso a strato debole.

Le proprietà meccaniche dell'ammasso roccioso con strati deboli non si manifestano solo nel comportamento elastico e plastico, ma anche nel comportamento reologico, che dipende dal tempo. Il creep è una delle proprietà meccaniche reologiche più importanti degli ammassi rocciosi. La distruzione è il processo di accumulo della deformazione nel tempo sotto l'azione a lungo termine dei carichi applicati. A causa dell'esistenza di piani strutturali deboli dell'ammasso roccioso stratificato, le sue proprietà meccaniche sono relativamente complesse, di solito mostrano una significativa anisotropia, e il meccanismo di rottura è diverso da quello dell'ammasso roccioso omogeneo. A tal fine, molti studiosi si sono concentrati sul chiarimento delle proprietà meccaniche e dei meccanismi di cedimento degli ammassi rocciosi compositi. Di seguito viene fornita una breve rassegna della letteratura.

Xin1 ha utilizzato un legante in resina epossidica per combinare fango, arenaria e calcare in un ammasso roccioso composito, ha eseguito l'esperimento dell'intero processo di compressione tridimensionale sforzo-deformazione e ha studiato gli effetti della pressione laterale sulle proprietà meccaniche. Changfu2,3,4 ha effettuato esperimenti di compressione uniassiale, compressione triassiale e taglio diretto su vari campioni di roccia, come pietra fangosa, arenaria e calcare, e tre tipi di campioni di roccia composita cementati insieme, per esaminare le caratteristiche di resistenza e deformazione del ammasso roccioso stratificato. Yang5 ha preso come prototipo il pendio attorno al bacino idrico delle Tre Gole, ha utilizzato una piattaforma vibrante su larga scala per testare la risposta dinamica e le caratteristiche di emissione acustica del pendio sotto l'azione del terremoto e ha stabilito la vibrazione dell'emissione acustica del pendio sandwich. Bingwu6 ha effettuato esperimenti triassiali su ammassi rocciosi con strati deboli e ha discusso l'influenza dell'inclinazione dell'interfaccia sulla curva sforzo-deformazione, modulo elastico, resistenza a compressione, caduta dello stress post-picco e stato di cedimento degli ammassi rocciosi con strati deboli. Inoltre, è stato analizzato teoricamente lo stato di cedimento di diversi angoli di inclinazione dell'interfaccia. Li7 ha condotto esperimenti di compressione uniassiale e compressione triassiale sotto diverse pressioni di confinamento su tre campioni di carota di roccia salina interstrato contenente mudstone, mudstone pura e roccia salina pura e ha utilizzato la teoria dell'espansione media di Cosserat per studiare la compressione dell'interstrato di scisto. È stata effettuata un'analisi teorica dell'influenza ed è stato riferito che la discrepanza tra le proprietà meccaniche della roccia salina e della pietra argillosa fa sì che la pietra argillosa risponda in modo simile all'applicazione dello stress di trazione. Huafeng8 ha raccolto campioni sul campo per esperimenti di compressione uniassiale e compressione triassiale e ha analizzato l'influenza dell'angolo dello strato debole sulle proprietà meccaniche e sulle modalità di guasto. Wang9 considerò la miniera di carbone a cielo aperto di Hami come oggetto di ricerca, determinò la posizione dell'interstrato debole nel pendio analizzando il profilo di deformazione, considerò l'ammasso roccioso dell'interstrato debole come un sistema meccanico completo, stabilì il modello meccanico dell'interstrato debole sistema di ammassi rocciosi e ha proposto un indice per valutare il grado di cedimento prima che si verifichi l'instabilità. Abbas10 ha condotto una ricerca sulle proprietà meccaniche dell'ammasso roccioso composito multistrato di arenaria-scisto-arenaria con diversi angoli dell'interstrato, ha studiato la risposta elastica della propagazione della velocità delle onde e ha rivelato che il modulo elastico e il modulo di taglio dell'ammasso roccioso composito variano con l'interstrato angolo. All’aumentare dell’angolo, la sua rigidezza ha un effetto più significativo, e il comportamento anisotropo della velocità dell’onda nell’ammasso roccioso composito è influenzato dalla direzione del giunto, non dallo strato intermedio di scisto.