单轴压缩下预制平行双裂隙类岩石材料的裂纹优势扩展研究

• 作 者: 文怀宇
• 出 处: 湖南科技大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 平行双裂隙 单轴压缩 裂隙长度差 裂隙间距 裂纹扩展

在水利工程、地下建设工程和采矿工程等工程中含裂隙岩体是一种相对复杂且普遍存在的工程介质。大量工程实践表明,在工程扰动下岩体中裂隙的萌生、扩展及贯通的过程导致了很多岩体的失稳和破坏,而含裂隙岩体的主要破坏模式是其中相邻节理裂隙发生扩展并相互贯通。所以研究在应力作用下的含裂隙岩体的裂纹扩展及其破坏规律具有重大意义。本文将预制平行双裂隙类岩石材料作为研究对象,在单轴压缩条件下研究对试件破坏规律的两个关键影响因素(裂隙长度差、裂隙间距),并通过断裂力学相关理论对试验结果进行分析。最后根据物理试验参数,使用PFC2D颗粒流软件对试验过程进行数值模拟来对比分析。所得主要结论如下:1)针对不同裂隙长度差、裂隙间距的组合方式,根据单轴压缩下预制平行双裂隙类岩石材料物理试验为基础,分类统计了相同裂隙长度差情况下,不同裂隙间距试件和相同裂隙间距情况下,不同裂隙长度差试件的裂纹破坏扩展形式,总结了物理试验所得的试件破坏规律。2)运用断裂力学相关理论,分析物理试验所得的试件破坏规律,获得的试验结果符合理论计算,验证了物理试验方案的正确性,也使试验所得规律得到了理论支撑,可供实际参考应用。3)结合物理试验与数值模拟结果分析裂纹的扩展情况以及试件破坏模式,可得:(1)裂隙长度差对试件破坏的影响为:试件达到破坏时,裂隙长度差为0,两条预制裂隙均产生新裂纹,发生扩展;随着裂隙长度差增大,下部裂隙裂纹扩展越来越不明显,甚至不发生扩展;特别是裂隙长度差增大到40mm后,下部裂隙完全不发生扩展,上部裂隙的裂纹优势扩展。(2)裂隙间距对试件破坏的影响为:试件达到破坏时,裂隙间距越小,下部裂隙裂纹扩展扩展越不明显,当裂隙间距小到10mm之内,下部裂隙甚至不发生扩展,上部裂隙的裂纹优势扩展。(3)裂隙长度差和裂隙间距对试件破坏的影响中,裂隙长度差占主导因素。当裂隙长度差足够大时(40mm及以上),裂隙间距的改变对下部裂隙是否发生扩展的影响已无法通过试验看出,此时下部裂隙不发生扩展,上部裂隙的裂纹优势扩展。当裂隙长度差足够小时(10mm及以下),此时预制的两条裂隙均产生新裂纹,发生扩展,裂隙间距的改变对下部裂隙是否发生扩展的影响无法看出。