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岩体裂纹起裂扩展规律及锚固效应研究

刘元俊  
【摘要】:岩体内部分布很多非连续的结构面,许多岩土工程的失稳破坏是由裂隙扩展贯通引起的,裂纹扩展中的相互作用及贯通机制是岩石断裂力学的重要研究课题。本文采用大连理工大学岩土工程研究所自主研发的单双轴试验压力机,对含有中心对称双裂纹的石膏试件进行单轴压缩试验。通过多组不同的岩桥倾角的试件,比较分析岩桥倾角对裂纹扩展贯通模式、起裂应力及峰值强度的影响。结果表明,在单轴压缩作用下随着岩桥倾角β增大,岩桥区域裂纹贯通模式由张拉型逐渐演化为拉剪复合型和剪切型,试件峰值强度逐渐降低。 采用颗粒流软件PFC2D,利用函数模块追踪裂纹扩展过程和微裂纹数量,实现了对含有不同岩桥倾角的预制双裂纹材料在单轴压缩作用下裂纹扩展贯通过程的模拟,并与室内模型试验进行对比分析。结果表明,颗粒流程序可以很好地模拟脆性岩石材料在压剪作用下裂纹的贯通过程。本文结论对从细观角度、应用非连续介质理论研究裂隙岩体的扩展规律这一新方法的应用具有重要意义。 采用SPRING弹簧单元模拟锚固段的锚杆与岩体间的剪切关系,并利用扩展有限元方法,实现单轴压缩作用下加锚岩体裂纹的起裂扩展过程模拟,分析了锚固距离、锚固角和锚固力等因素对起裂荷载的影响。结果显示,随着锚固距离H增大,起裂荷载逐渐减小并趋近无锚固的情况N0;当锚固角α从0°~180°增加,起裂荷载先降低后增加:45°α130°时,锚固作用呈现负效应(起裂荷载低于N0);随着锚固力的增加,锚杆的增强作用和负效应均会加强。


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