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压缩荷载下复杂岩体裂隙起裂及扩展机理研究

谢天铖  
【摘要】:随着我国基础设施建设的不断发展,岩体工程中都不可避免地涉及到岩体的力学性质。然而岩体内部存在着不同尺度、不同形状的节理和裂隙。因此,对不同形状和大小的裂隙扩展规律研究就显得十分必要。本文首先对考虑T应力的含共线裂纹的岩体翼裂纹起裂角进行研究,然后基于FLAC3D软件中的应变软化本构模型对岩体中含有不同形状、不同规格和排列方式的裂隙岩体进行单轴压缩力学特性分析,并重点探究裂隙形状为弧形裂隙、弯折裂隙及不等长裂隙对岩体力学特性的影响。本文主要研究内容及成果如下:(1)基于Kachanov法和前人的研究,建立了综合考虑T应力、岩石性质、裂纹几何参数、强度参数、变形参数和裂纹间相互作用的最大周向应力准则,能够更好地反映共线裂纹的起裂机理。计算结果表明由该方法得到的翼裂纹起裂角与试验结果吻合较好,并且能够反映裂纹间相互作用对翼裂纹起裂角的影响。通过参数敏感性分析发现当裂纹间距较小时,裂纹间相互作用对裂纹各尖端翼裂纹起裂角影响十分明显。(2)当裂隙为弧形时,模拟结果表明模型峰值强度随着拱高的增加而降低,且裂隙弦长对峰值强度也有影响。裂隙倾角影响着弧形裂隙的扩展路径,当倾角变大时,模型峰值强度也随之增加。随着裂隙间距的增加,裂隙间相互影响逐渐减弱,模型峰值强度逐渐增大。裂隙条数对模型峰值强度有较大影响。(3)当裂隙为弯折裂隙时,模型单轴抗压峰值强度与裂隙长度有关,且裂隙弯折段长度对峰值强度也有影响。裂隙弯折角度影响模型峰值强度,当裂隙两部分相互垂直时,对应的模型峰值强度最大。随着裂隙间距的增加,裂隙间相互影响逐渐减弱,模型峰值强度逐渐增大。裂隙条数对模型破坏模式有较大影响,且模型峰值强度随裂隙条数增加而逐渐减小。(4)当裂隙为不等长裂隙时,模拟结果表明模型峰值强度随着次裂隙长度的增加而降低,裂隙倾角的变化会改变裂隙扩展路径,当倾角为30°时,模型峰值强度最低,之后随着倾角的增加峰值强度增大。当裂隙的平行间距和垂直间距增大时,裂隙间不会产生岩桥破坏,说明裂隙之间相互作用不断减弱。裂隙组数对岩体弱化程度有较大影响。


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