【摘 要】
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在深埋隧道、水电站边坡等建设工程中常常面临岩体的强烈开挖卸荷,极易诱发开挖扰动区岩体拉伸、拉剪等张性破坏灾害。该类型灾害主要受岩体的拉伸、拉剪力学性能控制。然而,因试验技术条件所限,以往关于岩体拉剪力学特性的试验研究很少且较初步,尤其对裂隙岩体拉剪强度及破坏演化机制认识不深。因此,研究裂隙岩体在拉剪应力作用下的强度和破坏机制具有重要的理论意义和工程应用价值。本文依托国家自然科学基金项目“岩石拉-剪
【基金项目】
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国家自然科学基金（41807279）； 河北省自然科学基金（E2019202336）； 天津市自然科学基金（20JCQNJC00980）；
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在深埋隧道、水电站边坡等建设工程中常常面临岩体的强烈开挖卸荷,极易诱发开挖扰动区岩体拉伸、拉剪等张性破坏灾害。该类型灾害主要受岩体的拉伸、拉剪力学性能控制。然而,因试验技术条件所限,以往关于岩体拉剪力学特性的试验研究很少且较初步,尤其对裂隙岩体拉剪强度及破坏演化机制认识不深。因此,研究裂隙岩体在拉剪应力作用下的强度和破坏机制具有重要的理论意义和工程应用价值。本文依托国家自然科学基金项目“岩石拉-剪强度及损伤-断裂演化机理试验研究”及河北省自然科学基金项目“拉-剪应力作用下硬脆性岩体裂隙扩展演化机制宏细观研究”开展了完整及裂隙砂岩拉剪力学试验研究,并借助数字图像相关技术（DIC）、借助离散元方法模拟研究其细观破坏过程机制,主要研究工作及成果如下:（1）针对常规颗粒离散元程序PFC的平行黏结Mohr-Coulomb强度准则无法有效模拟岩石非线性强度包络,基于完整砂岩试验结果建立平行黏结幂函数强度准则并通过简单转换方法编入PFC程序,有效模拟了砂岩拉剪强度非线性变化特征,并进一步模拟研究了岩石拉剪破裂特征和细观位移场机制及损伤演化过程,发现可将拉剪和压剪应力状态下岩石的损伤演化过程大致分为弹性变形、稳定破裂发展、不稳定破裂发展和整体破裂4个阶段;（2）通过自行研制的辅助装置开展单裂隙砂岩的拉剪试验,研究单裂隙砂岩拉剪强度和破坏形态特征及其与压剪破坏的差异,并采用DIC对试样破坏过程进行观测记录,研究裂隙扩展的应变场及细观位移场特征,发现试样加载过程中应变集中于裂隙周围,裂纹沿着应力集中区域的内边缘起裂扩展并快速延伸至试样边缘;产生的裂纹大部分为张拉型裂纹,在裂隙尖端位置会出现少量张拉剪切复合型裂纹;与压剪对比发现压剪应力更为集中在裂隙尖端位置且压剪当裂隙倾角较大时出现反翼裂纹;单裂隙砂岩的拉剪破坏过程分为稳定和快速发展两个阶段;（3）采用PFC数值模拟单裂隙砂岩,再现了与试验结果相符的强度及裂隙扩展形态,通过位移场、力链、微裂纹演化等分析单裂隙砂岩裂隙扩展演化的细观力学机制以及裂隙张开和闭合的影响;进一步,模拟了双裂隙间岩桥的破坏形态及贯通演化机制,研究了法向拉应力、裂隙间距、裂隙张开和闭合条件的影响。发现加载过程中拉伸力链在裂隙尖端位置聚集引起裂纹起裂;裂纹在岩桥位置的贯通模式与法向拉应力、裂隙间距大小密切相关,而裂隙张开和闭合对其影响不明显。
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