Page 50 - 水利学报2021年第52卷第1期

可以看出，扩容应力和峰值应力与围压均具有良好的线性关系，这主要是由于围压的存在限制了岩
样内部损伤的发展。
根据摩尔库伦破坏准则，最大主应力和最小主应力的关系，可用下式表示：
1 + sinφ 2ccosφ
σ = σ + （1）
1 1 - sinφ 3 1 - sinφ
式中： c 为材料的黏聚力； φ 为材料的摩擦角。
Martin 等 ［20］ 将损伤扩容应力定义为岩体的长期强度。将岩样的损伤扩容应力与围压通过最小二
乘法线性拟合，通过式（1）根据直线的斜率和截距，可得到不同层理倾角岩样的长期力学参数。千枚
岩三轴加载力学参数如表 1 所示。

图 4 千枚岩扩容应力与围压的关系 图 5 千枚岩峰值应力与围压的关系
表 1 千枚岩三轴加载强度参数
黏聚力/MPa 摩擦角/(°)
倾角/（°）
扩容 峰值 扩容 峰值
0 13.2 10.6 24.4 33.3
30 10.1 12.2 21.2 23.3
45 15.3 11.7 13.7 23.8
90 27.7 26.1 18.8 22.6

本次试验发现，如表 1 所示不同层理倾角千枚岩三轴加载下长期黏聚力普遍大于峰值黏聚力。究
其原因，扩容损伤应力点既是加载过程中的损伤发展的起始点，也是内部裂纹稳定发展和迅速拓展
的交界点。当到达峰值应力时，由于经过了裂纹损伤阶段和失稳拓展阶段的发展，岩样内部裂隙已
趋于贯通，黏聚力出现下降，故长期黏聚力普遍大于峰值黏聚力。
从表 1 还可以看出，不同层理倾角千枚岩三轴加载下长期摩擦角普遍小于峰值摩擦角。由于围压
的存在，峰值点相较于扩容点提供了更高的轴向应力，岩样损伤块体之间更紧密的咬合使摩擦效应
得到了更充分发挥，故长期摩擦角小于峰值摩擦角。
3.2 体应变-轴应变特性 图 6 给出了不同倾角岩样各围压下体积应变与轴向应变的相互关系。与各
向同性岩体 ［21］ 相似，不论何种倾角岩样，随着围压增大，岩样扩容起点对应的体积应变逐渐减小，
表明施加围压的过程中，岩体内部裂隙闭合、软弱介质压缩，使得岩样在偏应力作用下可压缩性逐
渐减弱。
随着围压增大，岩样由压缩向扩容的过渡逐渐平缓，某些倾角岩样还在高围压下出现短暂的水
平段，即径向应变速率与轴向应变速率相当，说明围压限制了岩体内部裂隙的发展，破坏形式表现
为一定程度的塑性破坏。在实际工程中，高地应力地区开挖隧道容易发生大变形破坏，对其分析时
应考虑到高地应力下岩体延性增强，在扩容点附近即可发生较大的侧向变形。
扩容起始点是岩体由压缩到膨胀的转折点，故扩容起始点对应的体积应变即为岩样的最大压缩
应变。随着岩样倾角的增大，扩容起始点对应的轴向应变和体应变均逐渐减小，这与不同层理倾角
下岩样受力特点有关：当岩样倾角为 0°时，荷载垂直于层理弱面，岩样的可压缩量较大，因此能产

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