断续三裂隙黄砂岩力学特性及裂纹演化机理研究

来源 :河北建筑工程学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yulong19841001
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天然岩体内部存在众多节理、裂隙、孔洞等缺陷,岩体失稳破坏实质是原有缺陷基础上的扩展发育、贯通或者新缺陷的萌生、发育、贯通。本文以共轭断续裂隙中心裂隙倾角、垂向偏移量为研究变量,分析其对断续三裂隙黄砂岩力学特性和裂纹扩展影响规律。利用液压伺服岩石压力机对预制断续三裂隙黄砂岩试样进行单轴压缩试验,分析预制裂隙对断续三裂隙黄砂岩力学性能的影响规律,运用高清摄像机监测试验过程,记录裂纹扩展、贯通过程,并结合数字图像相关技术,分析裂纹扩展过程中应变场演化规律。最后结合离散元数值模拟软件进一步分析其破坏机理。研究表明:(1)随着中心裂隙倾角α(15°、30°、45°)的增加,断续三裂隙黄砂岩单轴抗压强度变化规律:当h=2mm、6mm、8mm时,断续三裂隙黄砂岩抗压强度随角度增大呈逐渐递减的变化趋势;当h=4mm时,断续三裂隙黄砂岩抗压强度随角度增大呈逐渐递增的变化趋势;当h=10mm时,断续三裂隙黄砂岩抗压强度随角度增大呈先降低后增大的“V”型变化趋势。(2)随着垂向偏移量h(2mm、4mm、6mm、8mm、10mm)的增加,断续三裂隙黄砂岩单轴抗压强度变化规律:当α=15°时,断续三裂隙黄砂岩抗压强度随垂向偏移量增大呈递增趋势;当α=30°时,断续三裂隙黄砂岩抗压强度随垂向偏移量增大呈先增加后减小的趋势;当α=45°时,断续三裂隙黄砂岩抗压强度随垂向偏移量增大呈先增大后减小再增大的变化趋势。(3)随着中心裂隙倾角α的增加,断续三裂隙黄砂岩裂纹萌生、扩展及破坏规律:(1)初始裂纹均在共轭裂隙与中心裂隙岩桥区域萌生;(2)主裂纹在中心裂隙或共轭裂隙尖端(A1、C3)端产生,沿试样上下端面及两侧边缘延伸;(3)次裂纹在中心裂隙尖端附近产生,向试样两侧扩展。破坏模式主要表现为剪切破坏,兼有张拉破坏。(4)随着垂向偏移距h的增加,断续三裂隙黄砂岩裂纹萌生、扩展及破坏规律:(1)初始裂纹在试样共轭裂隙与中心裂隙之间岩桥区域萌生;(2)主裂纹为由裂隙尖端出发扩展至试样上下端面的贯通裂纹,逐渐变为裂隙尖端出发扩展至试样下端面及边缘的裂纹。破坏模式主要表现为剪切破坏,兼有轴向劈裂破坏。(5)通过DIC数字图像处理技术分析得出:(1)随着α的增加,中心裂隙附近应变场影响范围增大,试样主要受剪应变场影响;(2)随h增加,试样受轴向应变场影响逐渐变大,剪应变影响逐渐减小,试样应变集中区逐渐向中心裂隙附近靠拢;(6)利用离散元模拟砂岩应力场分布并结合室内试验结果得出:(1)随α的增加,试样压应力分布区域由裂隙尖端附近向上下端面过渡,且拉应力场分布更为分散;(2)随h的增加,压应力集中区由试样裂隙附近向上下端面移动,拉应力几乎遍布整个试样内部。
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