張慎河楊景徐學(xué)國邢魯義柴志剛

(山東建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院，山東 濟(jì)南250101)

0 引言

隨著我國煤礦開采由淺部向深部推進(jìn)，深部工程圍巖易受到煤礦開采、打眼放炮、地震作用等產(chǎn)生的動(dòng)力擾動(dòng)影響，圍巖會(huì)形成較大的蠕變變形，使變形速率加快，易導(dǎo)致巖爆、沖擊地壓等重大災(zāi)害，而軟巖巷道支護(hù)困難、成本高[1-3]，因此對巖石的擾動(dòng)變形特性的研究至關(guān)重要。

近年來，學(xué)者們已對深部巖石擾動(dòng)變形特性進(jìn)行了大量的研究。馬林建等[4]實(shí)施了鹽巖在不同荷載波形參數(shù)和圍壓下三軸循環(huán)荷載作用試驗(yàn)，探討了循環(huán)荷載上、下限應(yīng)力，頻率及圍壓因素對鹽巖變形演化和強(qiáng)度特性的影響，其結(jié)果為鹽巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供更為合理的力學(xué)參數(shù)和分析模型。劉峰等[1]對泥頁巖進(jìn)行了分級(jí)加載流變試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著擾動(dòng)次數(shù)(擾動(dòng)能量)的增大，泥頁巖在荷載下的應(yīng)變逐漸增大，最后趨于穩(wěn)定。王春等[5]研究了矽卡巖在高軸壓和圍壓共同作用下受頻繁動(dòng)態(tài)擾動(dòng)時(shí)的動(dòng)力學(xué)特性，結(jié)果表明累計(jì)擾動(dòng)沖擊次數(shù)隨巖石圍壓的增大遞增，而隨軸壓的增大遞減，且增減率受圍壓、軸壓大小的影響。劉濤等[6]對3種巖石在不同應(yīng)力幅值下低頻循環(huán)擾動(dòng)的力學(xué)特性的研究表明，巖石存在應(yīng)力上限門檻值，只有超過此值，試樣才會(huì)發(fā)生破壞。王波等[7]對紅砂巖進(jìn)行了三軸流變擾動(dòng)試驗(yàn)，分析了圍壓對擾動(dòng)變形產(chǎn)生的影響，獲得了三軸條件下的巖石流變擾動(dòng)曲線方程。王青元等[8]開展了綠砂巖落錘沖擊蠕變試驗(yàn)，研究了沖擊擾動(dòng)對巖石蠕變破壞的影響，并分析了巖石在蠕變過程中受到?jīng)_擊擾動(dòng)時(shí)的破壞特性，結(jié)果表明，在相同的巖石蠕變狀態(tài)下，巖石內(nèi)部損傷隨沖擊能量和沖擊次數(shù)的增加而逐漸增多。

在上述研究的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步研究擾動(dòng)作用下巖石蠕變變形機(jī)制，文章基于TAW-1000D巖石流變擾動(dòng)試驗(yàn)儀，對類巖石試件進(jìn)行了三軸蠕變擾動(dòng)試驗(yàn)，研究不同預(yù)靜載下擾動(dòng)載荷對巖石蠕變變形特性的影響，分析擾動(dòng)作用下蠕變的速率及變形特性，也為深部巷道圍巖支護(hù)提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 巖石流變擾動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備

TAW-1000D巖石流變擾動(dòng)試驗(yàn)儀是目前國內(nèi)較為先進(jìn)的巖石試驗(yàn)系統(tǒng)，如圖1所示，主要由加壓裝置、擾動(dòng)加載裝置和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成。

圖1 TAW-1000D巖石流變擾動(dòng)試驗(yàn)儀實(shí)物圖

1.1 加壓裝置和擾動(dòng)加載裝置

主機(jī)采用整體鑄造的門式框架，能提供的最大軸向力為1 000 kN、圍壓最大可加載至50 MPa、擾動(dòng)荷載最大為20 kN?？刂剖覕?shù)據(jù)采集(Electronic Data Capture，EDC)系統(tǒng)根據(jù)計(jì)算機(jī)發(fā)來的指令以及傳感器反饋回來的信號(hào)，控制電液伺服閥的開口大小及方向，使加載油缸里的活塞進(jìn)行上升或下降，實(shí)現(xiàn)軸向位移、試驗(yàn)力或變形的閉環(huán)控制以及3種控制方式的平滑切換。

擾動(dòng)加載裝置在軸向加載框架的上方，由液壓系統(tǒng)推動(dòng)擾動(dòng)裝置活塞施加擾動(dòng)荷載，EDC控制器根據(jù)計(jì)算機(jī)指令以及測定液壓壓力值的傳感器進(jìn)行伺服調(diào)整，其顯著的特點(diǎn)是可以施加連續(xù)荷載，測力分辨率為2 N。

1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

巖石流變擾動(dòng)試驗(yàn)儀的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由引伸計(jì)、位移傳感器、位移系統(tǒng)感應(yīng)器組成，可自動(dòng)采集并記錄軸向荷載、位移、圍壓和擾動(dòng)位移值等。

2 類巖石常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)和三軸蠕變試驗(yàn)

2.1 試件的制作

類巖石試件以山東某煤礦巷道處的砂巖為原型。鑒于砂巖的采樣易發(fā)生斷裂，且離散性較大，根據(jù)已有的砂巖基本參數(shù)并依據(jù)相似模型理論[9]，制作與砂巖的物理參數(shù)比值為1∶1的類巖石試件，相似材料質(zhì)量配合比為水泥∶河砂∶水＝1.9∶1∶0.5，試件尺寸為Φ50 mm×100 mm。把制作好的試件放到打磨機(jī)上打磨，使上、下端面的不平整度≤0.02 mm，再使用巖石聲波測試儀測試試件的縱波波速，剔除離散性較大的試件，選取9個(gè)類巖石試件進(jìn)行試驗(yàn)。

2.2 類巖石常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)

選取試件進(jìn)行不同圍壓下的三軸壓縮試驗(yàn)，以0.1 mm/min的速度加載，直至試件破壞，試驗(yàn)結(jié)果見表1。隨著圍壓的增大，類巖石的峰值強(qiáng)度和極限應(yīng)變均逐漸增大。圍壓的存在會(huì)“約束”類巖石的徑向膨脹破壞，使得類巖石的峰值強(qiáng)度增大，抵抗破壞的能力增強(qiáng)。

表1 類巖石三軸壓縮試驗(yàn)結(jié)果表

2.3 類巖石三軸蠕變試驗(yàn)分析

根據(jù)前期類巖石蠕變的研究成果[10]，確定類巖石單軸長期強(qiáng)度為16.50 MPa，以此強(qiáng)度進(jìn)行不同圍壓下的三軸蠕變試驗(yàn)，圍壓值分別為1、3、5 MPa，先加載至單軸長期強(qiáng)度的80%，設(shè)定蠕變時(shí)間為2 h，之后應(yīng)力逐級(jí)增加1.65 MPa，采用分級(jí)加載方式，直至試件破壞為止。

試驗(yàn)過程中只對軸向應(yīng)變進(jìn)行分析。圍壓為1 MPa的全程蠕變曲線如圖2(a)、(b)所示，蠕變過程包含了衰減蠕變、穩(wěn)態(tài)蠕變和加速蠕變3個(gè)階段。試件共加載了17級(jí)，在施加第6級(jí)荷載時(shí)，發(fā)生了一個(gè)突變值，可能是試件存在的內(nèi)部空隙被壓密，此荷載下試件處于衰減蠕變階段；加載至第10級(jí)荷載時(shí)，曲線出現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)蠕變階段；加載至第17級(jí)荷載時(shí)，試件明顯處于加速蠕變階段，曲線陡峭，極短時(shí)間內(nèi)達(dá)到破壞，試件的極限應(yīng)變值約為2.60×10-3。圍壓3 MPa全程蠕變曲線如圖2(c)、(d)所示，試件共加載18級(jí)，前15級(jí)荷載，曲線的蠕變速率隨著時(shí)間的增加逐漸減小，處于衰減蠕變階段；加載至第15級(jí)荷載時(shí)，才出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)蠕變階段，極限應(yīng)變值約為3.30×10-3。圍壓5 MPa時(shí)，試件共加載28級(jí)，如圖2(e)、(f)所示，當(dāng)加載至24級(jí)荷載值后，曲線出現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)蠕變，試件的極限應(yīng)變值約為5.2×10-3。

2.4 類巖石長期強(qiáng)度分析

過渡蠕變法指出，當(dāng)施加的外部荷載低于長期強(qiáng)度閥值時(shí)，巖石蠕變過程中只會(huì)出現(xiàn)衰減蠕變階段，而不會(huì)產(chǎn)生破壞；高于該閥值則巖石內(nèi)部裂紋呈現(xiàn)不穩(wěn)定擴(kuò)展直至破壞，出現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)蠕變階段或加速蠕變階段[11-12]。為了更直觀分析其長期強(qiáng)度，對部分預(yù)靜載蠕變曲線進(jìn)行放大，如圖2所示，試件在1 MPa圍壓下的預(yù)靜載為24.75、26.40 MPa時(shí)，蠕變速率趨向于零，蠕變增量分別為1.90×10-6、6.00×10-6；加載至28.05 MPa時(shí)，蠕變速率＞0，出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)蠕變階段，蠕變增量為1.66×10-5，超過前一級(jí)荷載蠕變值的兩倍，而在29.70 MPa下其增量達(dá)到了3.20×10-5。由此可以判定1 MPa圍壓下的類巖石長期強(qiáng)度范圍為26.40~28.05 MPa，約為其三軸抗壓強(qiáng)度的78%~83%。同理，試件在3 MPa圍壓時(shí)，預(yù)靜載是33.00、34.65 MPa時(shí)，蠕變速率幾乎為零，蠕變增量分別是8.80×10-6、9.30×10-6；分別加載至36.30和37.95 MPa時(shí)，蠕變曲線同時(shí)出現(xiàn)了衰減和穩(wěn)態(tài)階段，蠕變增量大幅度增加，分別為3.60×10-5、3.90×10-5。所以，3 MPa圍壓下的類巖石長期強(qiáng)度范圍為34.65~36.30 MPa，為其三軸抗壓強(qiáng)度的71%~74%。試件在5 MPa圍壓時(shí)，預(yù)靜載為47.85 MPa的蠕變增量為6.70×10-6；預(yù)靜載為49.50 MPa時(shí)的蠕變增量為9.70×10-6，蠕變曲線較為平穩(wěn)；預(yù)靜載為51.15 MPa時(shí)，蠕變曲線開始小幅度爬升，蠕變增量為1.77×10-6；預(yù)靜載為52.80 MPa時(shí)，蠕變增量為2.00×10-5。因此，判定5 MPa圍壓下的類巖石長期強(qiáng)度范圍為49.50~51.15 MPa，約為其三軸抗壓強(qiáng)度的64%~66%。綜上分析，隨著圍壓的增加，類巖石的長期強(qiáng)度值隨之增加，但各圍壓下類巖石長期強(qiáng)度與其抗壓強(qiáng)度比值呈減小趨勢。

圖2 不同圍壓下的全程蠕變曲線圖

3 類巖石三軸蠕變擾動(dòng)試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)方案

根據(jù)“強(qiáng)度極限領(lǐng)域”這一概念，當(dāng)巖石所受應(yīng)力位于強(qiáng)度極限領(lǐng)域以外時(shí)，巖石不會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的擾動(dòng)蠕變變形。當(dāng)巖石所受應(yīng)力處于強(qiáng)度極限領(lǐng)域內(nèi)時(shí)，巖石會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的擾動(dòng)蠕變變形[13-15]。為了進(jìn)一步探討此領(lǐng)域內(nèi)、外巖石擾動(dòng)變形情況，對類巖石進(jìn)行三軸蠕變擾動(dòng)試驗(yàn)。具體做法如下:選取3個(gè)試件進(jìn)行三軸蠕變擾動(dòng)試驗(yàn)，圍壓值分別取1、3、5 MPa，根據(jù)前面得出的長期強(qiáng)度值，施加的首次預(yù)靜載值為長期強(qiáng)度的80%，在施加預(yù)靜載之后，為確保消除彈性變形的影響，先蠕變120 min，蠕變完后對試件施加擾動(dòng)荷載。采用正弦波施加擾動(dòng)荷載，擾動(dòng)頻率為1 Hz、幅值為0.50 MPa。正弦波擾動(dòng)荷載表達(dá)式由式(1)表示為

式中Fd為擾動(dòng)荷載值，MPa；A為擾動(dòng)荷載幅值，MPa；t為擾動(dòng)時(shí)間，s；K為擾動(dòng)荷載偏距，取0.5。正弦波荷載連續(xù)施加30 s為一次擾動(dòng)，擾動(dòng)波形如圖3所示，待擾動(dòng)蠕變變形穩(wěn)定后施加第2次擾動(dòng)，兩次擾動(dòng)間隔≥15 min，共施加8次擾動(dòng)。其后，待蠕變基本恢復(fù)至擾動(dòng)前變形狀態(tài)時(shí)，可施加下一級(jí)預(yù)靜載值，每次施加的預(yù)靜載增量為1.65 MPa，直至試件破壞。

圖3 擾動(dòng)荷載正弦波擾動(dòng)波型圖

3.2 結(jié)果與分析

選取部分預(yù)靜載進(jìn)行重點(diǎn)分析。1 MPa圍壓選取預(yù)靜載分別為23.10、26.40、33.00 MPa；3 MPa圍壓選取預(yù)靜載分別為33.00、41.25、42.90 MPa；5 MPa圍壓選取預(yù)靜載分別為41.25、46.20、52.80 MPa。

根據(jù)3.1節(jié)的試驗(yàn)方案，先對試件加載至21.45 MPa，蠕變120 min后施加第1次擾動(dòng)，間隔15 min后施加第二次，直至8次施加完畢，之后加載下一級(jí)預(yù)靜載，如圖4所示。擾動(dòng)載荷作用后的瞬時(shí)應(yīng)變與試樣施加擾動(dòng)前的瞬時(shí)應(yīng)變的差值稱為擾動(dòng)累積應(yīng)變增量[14]。將每次增量按施加擾動(dòng)次數(shù)疊加起來繪制出擾動(dòng)變形曲線，如圖5所示。預(yù)應(yīng)力為23.10 MPa時(shí)，施加完第1次擾動(dòng)后應(yīng)變增量為0.62 μm，在第8次擾動(dòng)施加完畢后累計(jì)應(yīng)變增量為0.66 μm，僅增長了6%，說明試件在此應(yīng)力下擾動(dòng)變形不敏感；施加至26.40 MPa時(shí)，此應(yīng)力接近長期強(qiáng)度，擾動(dòng)曲線出現(xiàn)輕微變化，第3次擾動(dòng)后擾動(dòng)累計(jì)應(yīng)變增量為1.25 μm，比第1次擾動(dòng)應(yīng)變增量增加了0.30 μm，之后隨著擾動(dòng)的施加，變形增長速率出現(xiàn)衰減現(xiàn)象；預(yù)靜載施加至33.00 MPa時(shí)，試件進(jìn)入強(qiáng)度極限領(lǐng)域，試件擾動(dòng)曲線開始出現(xiàn)明顯波動(dòng)增長，前6次擾動(dòng)變形量緩慢增長，累計(jì)擾動(dòng)變形由1.25 μm增加至2.53 μm，變形速率大致呈線性變化，可以認(rèn)為類巖石進(jìn)入擾動(dòng)敏感區(qū)域，最后兩次擾動(dòng)變形速率呈指數(shù)型增長，累計(jì)擾動(dòng)變形大幅度增加。第8次擾動(dòng)變形增量為6.76 μm，較第1次擾動(dòng)后增加了440%。施加預(yù)靜載39.60 MPa，4 min后試件突然破壞，試件極限應(yīng)變值達(dá)到了2.80×10-3。

圖4 圍壓1 MPa蠕變擾動(dòng)曲線圖

圖5 圍壓1 MPa擾動(dòng)變形曲線圖

圍壓3 MPa蠕變擾動(dòng)曲線及累計(jì)擾動(dòng)變形曲線分別如圖6、7所示，每一級(jí)應(yīng)力蠕變120 min后，施加第一次擾動(dòng)荷載后均有一個(gè)突增應(yīng)變，隨著預(yù)靜載的增加，突變值也逐漸增大。當(dāng)預(yù)靜載施加至33.00 MPa時(shí)，應(yīng)力值小于長期強(qiáng)度，未進(jìn)入強(qiáng)度極限區(qū)域，累計(jì)擾動(dòng)變形由3.89 μm增加至5.94 μm，增長了53%，累計(jì)擾動(dòng)變形變化不明顯，增長速率趨于水平，擾動(dòng)效果不明顯；當(dāng)預(yù)靜載為41.25 MPa時(shí)，應(yīng)力值超過長期強(qiáng)度值，但擾動(dòng)變形曲線出現(xiàn)了衰減現(xiàn)象，前兩次擾動(dòng)施加后，擾動(dòng)變形增加較快，從第3次開始，擾動(dòng)變形增量增加較為緩慢。巖石受連續(xù)擾動(dòng)后出現(xiàn)了類似于蠕變的硬化趨勢，后續(xù)幾次擾動(dòng)荷載產(chǎn)生的擾動(dòng)變形建立在之前的變形基礎(chǔ)上，變形量相對減小[15]。隨著預(yù)靜載的增加，擾動(dòng)變形曲線變得越來越陡峭；當(dāng)加載至42.90 MPa時(shí)，類巖石進(jìn)入擾動(dòng)敏感區(qū)，擾動(dòng)變形速率增大，進(jìn)入加速蠕變階段。累計(jì)擾動(dòng)變形速率隨著擾動(dòng)次數(shù)的增加快速遞增。由第1次擾動(dòng)變形12.67 μm到最后一次累計(jì)擾動(dòng)變形36.64 μm，增長了189%。施加完預(yù)靜載44.55 MPa，蠕變120 min后施加擾動(dòng)荷載，擾動(dòng)變形快速增加，第6次擾動(dòng)荷載施加后，試件突然破壞，其極限應(yīng)變值為3.50×10-3。

圖6 圍壓3 MPa蠕變擾動(dòng)曲線圖

圖7 圍壓3 MPa擾動(dòng)變形曲線圖

圍壓5 MPa蠕變擾動(dòng)曲線及累計(jì)擾動(dòng)變形曲線如圖8、9所示。在前四級(jí)預(yù)靜載下，擾動(dòng)曲線速率趨于零，擾動(dòng)變形不明顯。預(yù)靜載為41.25 MPa時(shí)，應(yīng)力值小于長期強(qiáng)度，擾動(dòng)累計(jì)變形雖然隨著擾動(dòng)次數(shù)地增加而增加，由第1次的0.18 μm增加到最后一次的0.62 μm，增長了244%，但變形量值較小，可以忽略不計(jì)，判定此應(yīng)力下擾動(dòng)效果不敏感；預(yù)靜載為46.20 MPa時(shí)，應(yīng)力值仍小于長期強(qiáng)度，從變形曲線可以看出，第1次施加擾動(dòng)后擾動(dòng)應(yīng)變值較大，隨著后幾次擾動(dòng)的施加，累計(jì)擾動(dòng)變形增加較小，擾動(dòng)蠕變速率變化仍趨于水平狀態(tài)。隨著預(yù)靜載的施加，擾動(dòng)曲線變化較為明顯，巖石開始進(jìn)入擾動(dòng)敏感區(qū)域；預(yù)靜載為52.80 MPa時(shí)，隨著擾動(dòng)次數(shù)增加，擾動(dòng)蠕變速率緩慢增加，累計(jì)變形由第1次擾動(dòng)的24.30 μm到第8次的28.21 μm，僅增長了16.1%，未出現(xiàn)加速上升現(xiàn)象。原因可能在于，高應(yīng)力階段的擾動(dòng)變形還與擾動(dòng)應(yīng)力水平有關(guān)。由于擾動(dòng)應(yīng)力太小，在較高應(yīng)力階段，類巖石自身的抵抗能力使得擾動(dòng)應(yīng)力作用不明顯，繼續(xù)施加預(yù)靜載，2 775 min后試件破壞，試驗(yàn)結(jié)束。

圖8 圍壓5 MPa蠕變擾動(dòng)曲線圖

綜上分析，每一級(jí)應(yīng)力蠕變120 min后，施加第1次擾動(dòng)荷載后均有一個(gè)突增應(yīng)變，呈現(xiàn)階梯式上升。在低應(yīng)力狀態(tài)下突變值較小，試件進(jìn)入擾動(dòng)區(qū)域后，突變值增加較為明顯。在同一圍壓值下，第1次擾動(dòng)累計(jì)變形值隨著預(yù)靜載的增加而增大，同時(shí)，預(yù)靜載越大，擾動(dòng)總變形量增加越大，擾動(dòng)效果更明顯。圍壓對較高應(yīng)力水平下的蠕變擾動(dòng)變形量影響更加明顯，圍壓值越大，單次擾動(dòng)后的變形量越小[7]，累計(jì)擾動(dòng)變形曲線增長較為緩慢。

圖9 圍壓5 MPa擾動(dòng)變形曲線圖

3.3 類巖石蠕變擾動(dòng)破壞分析

圖10給出了圍壓分別在1、3、5 MPa下的類巖石蠕變擾動(dòng)破壞狀態(tài)。圍壓為1 MPa時(shí)，試件斜剪破壞較為明顯，上部端頭到中間部分破碎較為嚴(yán)重，同時(shí)伴隨著巖塊的擠壓和滑移摩擦；圍壓為3 MPa時(shí)，除了斜剪破壞外，端頭破碎較為嚴(yán)重，有多條豎向裂縫產(chǎn)生，但完整性較好；圍壓為5 MPa時(shí)，斜剪破壞產(chǎn)生的裂縫走向單一，其他部位無明顯破壞特征，說明圍壓的增加提高了類巖石抵抗變形的能力，同時(shí)抵抗擾動(dòng)荷載能力也有所提高，在一定程度上限制了裂紋的擴(kuò)展、連接和貫通。類巖石的破壞主要是斜剪破壞，這是由于隨著預(yù)靜載的施加，類巖石試件開始出現(xiàn)細(xì)微裂縫，而微裂紋的存在，導(dǎo)致裂隙尖端形成應(yīng)力集中，從而引起裂紋的擴(kuò)展、連接和貫通，出現(xiàn)明顯傾斜方向的宏觀裂縫，隨著擾動(dòng)荷載的施加，貫通的裂縫逐漸向巖石內(nèi)部擴(kuò)展，形成貫通的破裂面，最終試件發(fā)生破壞[16-17]。

圖10 蠕變擾動(dòng)破壞狀態(tài)圖

3.4 從能量角度分析類巖石蠕變擾動(dòng)破壞

巖石試件單元在外力作用下會(huì)產(chǎn)生變形，假設(shè)該物理過程與外界沒有熱交換，外力所做的功產(chǎn)生的輸入能量為U，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，其計(jì)算公式由式(2)[18]表示為

式中Ud為單元耗散能，J/m3；Ue為單元可釋放彈性應(yīng)變能，J/m3。

通過試驗(yàn)機(jī)對試樣施加預(yù)靜載，對試件做的功將轉(zhuǎn)化成類巖石單元耗散能和可釋放彈性應(yīng)變能。試件內(nèi)部儲(chǔ)存了大量的彈性應(yīng)變能，在受到擾動(dòng)荷載時(shí)，會(huì)引起彈性應(yīng)變能的釋放，其能量用于裂紋的擴(kuò)展、連接及貫通。隨著沖擊次數(shù)的增加，彈性能釋放量也逐漸增加，試件內(nèi)部裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，試件表面開始出現(xiàn)細(xì)微裂紋，裂紋穿過的表面所釋放的彈性能會(huì)導(dǎo)致試件發(fā)生彈射破壞。當(dāng)巖石單元釋放的彈性能達(dá)到巖石單元破壞所需的能量時(shí)，巖石單元將被破壞[8，17，19]。

4 結(jié)論

通過對類巖石試件進(jìn)行三軸蠕變擾動(dòng)試驗(yàn)，研究了不同預(yù)靜載下擾動(dòng)荷載對巖石蠕變變形特性的影響，分析了擾動(dòng)作用下蠕變速率及變形特性，主要得出以下結(jié)論:

(1)類巖石在常規(guī)三軸壓縮試驗(yàn)和三軸蠕變試驗(yàn)的軸向極限應(yīng)變和承載能力均隨著圍壓的增大而增大；同時(shí)，隨著圍壓的增加，類巖石的長期強(qiáng)度值也隨之增加，長期強(qiáng)度與其抗壓強(qiáng)度的比值呈減小趨勢。

(2)施加擾動(dòng)荷載后，試件均有一個(gè)明顯的突增應(yīng)變，在低應(yīng)力狀態(tài)下突變值較小，試件進(jìn)入擾動(dòng)區(qū)域后，突變值增加較為明顯。在同一圍壓值下，第1次擾動(dòng)累計(jì)變形值隨著預(yù)靜載的增加而增大；預(yù)靜載越大，擾動(dòng)總變形量增加越大，擾動(dòng)荷載會(huì)加速蠕變變形速率，蠕變變形永久變形增加。圍壓對較高應(yīng)力水平下的擾動(dòng)累計(jì)變形量影響更加明顯。

(3)類巖石在擾動(dòng)荷載作用下的破壞表現(xiàn)為斜剪破壞，圍壓的增加會(huì)限制裂隙發(fā)育，減少破碎現(xiàn)象。從能量角度分析，擾動(dòng)荷載釋放了存儲(chǔ)的彈性應(yīng)變能，造成單元損傷增加，隨著沖擊次數(shù)的增加，彈性能釋放量也逐漸增加，當(dāng)類巖石單元釋放的彈性能超過單元破壞所需的能量時(shí)，類巖石單元發(fā)生彈射破壞。