孔、围压作用下断续单裂隙岩石破坏数值模拟.pdfVIP

第43卷 第 13期 人 民 长 江 Vo1．43．NO．13 2012 年 7 月 Yangtze River July， 2012 文章编号 ：1001—4179(2012)13—0073—04 孔、围压作用下断续单裂隙岩石破坏数值模拟 程 龙 ，刘 相 如 ’ (1．中国矿业大学 深部岩土力学与地下工程 国家重点试验室，江苏 徐州 221008； 2．中国矿业大学 力学与 建筑工程学院，江苏 徐州 221116) 摘要：采用岩石破裂过程分析系统，研究了围压、孔压对含不 同单裂隙分布脆性岩石的破坏影响规律 ，分析 了 岩样 的裂纹扩展特征 。结果表 明：断续单裂隙的岩石力学性能显著低于完整岩样 ，但 降低程度与裂隙参数密 切相关，随着裂隙长度增加 ，岩石力学参数均呈降低趋势，而随着裂隙倾角的增加 ，峰值强度 以及峰值应变均 呈先减小后增加 的趋势，且这种规律不受围压与孔压的影响 ；围压对岩石峰值强度有强化作用，但 同等 围压 时，孔压对岩石峰值强度有弱化作用 ；裂隙长度越小或裂隙倾角越大的岩样 ，其裂纹扩展特征越不 明显，且扩 展过程受围压与孔压影响显著 。研究结论对于认识具有断续节理裂隙岩体 的变形破坏机理具有参考价值 。 关 键 词 ：脆性岩石 ；围压 ；孔压 ；单裂隙；峰值强度 ；裂纹扩展 中图法分类号：TU45 文献标志码 ：A 岩体是在复杂地质构造作用 下，经过漫长的地质 裂隙长度 、裂隙倾角对断续单裂 隙脆性岩石强度和变 年代 ，由于风化 、腐蚀 、构造应力等作用形成 的复杂地 形破坏特性的影响规律 ，为今后的理论研究和工程实 质体。岩体内部存在大量的裂隙、裂纹 、节理等缺陷， 践提供参考。 这些节理裂隙成为水在岩体 中运动的通道 ¨I2。岩体 1 模拟概况和参数取值 工程均是处在三向应力状态下 ，因此 ，研究围压、孔压 作用下断续单裂隙脆性岩石的变形破坏特性具有非常 岩石破裂过程分析系统采用有限元法进行应力分 重要的工程实践意义 。杨圣奇等对断续预制裂隙和孑L 析 ，能够较好模拟岩石介质逐渐破坏过程 ¨ “。 洞大理岩进行了试验和数值研究 。张伟等讨论 了 文中模拟试验所采用的模型尺寸为 L×H =100 裂隙倾角对裂隙岩体力学特性的影响 。冯增朝等 mill×50mm，网格划分为200×100个单元 ，试验中裂 探讨了岩体裂隙尺度对裂隙岩体变形与破坏的控制作 隙宽取 1mm。在岩石破裂过程分析系统中，m值的大 用 。陈卫忠等人详细研究了闭合裂纹在单轴、双轴 小反映试样 的均匀性 ，m值越大 ，岩石越均质，本文 m 荷载作用下的裂纹扩展和贯通规律。王 国艳等进 值取 8。试样的破坏符合莫尔 一库伦破坏准则 ，选用 行了单裂 隙岩石损伤断裂过程的试验研究 。石北 平面应变模型，试验模型如 图 1所示。加载方式为位 啸等研 究 了裂 隙试样在动静组合荷载 下 的力学特 移加载 ，加载速率为0．002mm／步。为了达到模拟孔 性 。此前 的研究在裂隙岩体的变形破坏特性 、裂纹 压作用的效果 ，试验开始阶段在试样 的下表面施加 扩展规律等方面取得了丰硕 的成果 ，但是多是基于常 2MPa的孔隙水压力 ，具体模型参数如表 1所示。下 规压缩试验 ，没有涉及到孔隙水压力的作用。 文的描述中， 表示轴 向应力 ， 表示轴 向应变 ，， 鉴于此 ，本文采用岩石破裂过程分析系统 ，研究 了 表示围压 ，P表示孑L压 。 围压、孔压作用下含不 同单裂隙分布 的脆性岩石强度 试验方案设计如下 。 和变形破坏特性。具体分析了围压 、孔压