含单裂隙复合岩层强度与裂纹扩展特征模拟研究

发布时间：2019-10-16 23:05

【摘要】：与单一岩层类似,不同力学性质岩层复合而成的复合岩层中也有裂隙的存在,但其力学特性和裂纹扩展、破坏模式等却与单一岩层不尽相同.本文首先通过模拟试验确定出两种力学性质差异明显的软硬岩石材料,并以此为基础组成一种复合岩层的模拟模型;通过改变复合岩层夹层与加载力方向之间的夹角β,研究了单轴压缩下无裂隙、裂隙倾角α为45°与135°时复合岩层的峰值强度、弹性模量等宏观力学特性随β角变化而变化的规律,得到了不同β角时单裂隙在复合岩层中的扩展过程以及最后的贯通破坏模式,最后通过模拟试验过程中的声发射(AE)分析,探讨了复合岩层中单裂隙扩展过程中复合岩层内部的变化情况,分析了软硬复合岩层在单裂隙存在情况下单轴受压的破坏机理,为后续的相关试验与模拟研究工作做了初步试探.
【图文】：

?12．500．2525表3给出了本文模拟结果与Tien等［13］的相似模拟试验结果，根据表3可作出两组试验中单轴抗压强度与夹层倾角的曲线关系图，如图3所示．从图3可以看出，两组试验所反映的峰值强度与夹层倾角之间的关系是一致的，并在整体上对应的较好．两组试验中，两组曲线均呈现出“U”型的关系趋势，即随着夹层倾角由0°逐渐增加至90°，峰值强度先逐渐降低，，在60°左右时均达到最低，然后快速增加，在90°时达到最大值．图3两组试验峰值强度与夹层倾角的关系Fig．3Plotsofpeakstrengthvs．dipanglesofthetwogroups图4数值模拟与相似材料试验复合岩层破坏模式对比Fig．4ComparisonoffailuremodebetweennumericalsimulationandsimilarmaterialtestforcompositerockNo．3殷鹏飞等:含单裂隙复合岩层强度与裂纹扩展特征模拟研究611

现出沿斜截面的剪切破坏，15°、30°时主要以竖向劈裂破坏为主，0°时既有劈裂破坏又有斜截面剪切破坏．通过上述对比可以看出，本文的数值模拟与Tien等试验具有很大的相关性，而仅有的差异也主要是由于两者所选取的模拟材料的不同，这表明本文的数值模拟可以大体上反映真实情况．据此，下文将在复合岩层模拟试样中引入单裂隙，以此来探讨含单裂隙复合岩层的强度与裂纹扩展特征．2强度与变形特征根据确定好的复合岩层模拟材料参数，在模型中加入单裂隙(模型如图1所示)，进行单轴压缩模拟，模拟所获得的全应力-应变曲线如图5(a)—(c)所示．由图5可见，复合岩层的单轴压缩应力-应变曲线显示了岩样由线弹性阶段到弹塑性阶段、再达到峰值、最后脆性破坏的过程．值得指出的是，无裂隙存在时复合岩层岩样表现出很强的脆性特征，而裂隙存在时岩样在峰前虽然同样表现出很强的脆性，但在峰后阶段曲线波动比较大，这说明岩样峰后又发生了多次破裂，这是随着裂纹在软弱夹层中的扩展与贯通，夹层界面多次发生滑移的结果．图5复合岩层单轴压缩全应力-应变曲线Fig．5Uniaxialcompressionstress-straincurveoflayeredcompositerocks612应用基础与工程科学学报Vol．23
【作者单位】： 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室;
【基金】：国家重点基础研究发展计划973项目(2014CB046905)
【分类号】：TU45

【参考文献】

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1 刘立,邱贤德,阎宗岭,黄木坤;复合岩石的微结构损伤破坏[J];矿山压力与顶板管理;1999年02期

2 刘泉声;时凯;黄兴;;TBM应用于深部煤矿建设的可行性及关键科学问题[J];采矿与安全工程学报;2013年05期

3 刘立,王泽云,刘保县;层状岩石损伤本构关系的研究[J];四川工业学院学报;2003年S2期

4 刘立,李月,梁伟;岩石微空隙与损伤演化研究[J];西华大学学报(自然科学版);2005年06期

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3 刘立,邱贤德,黄木坤,阎宗岭;复合岩石损伤本构方程与实验[J];重庆大学学报(自然科学版);2000年03期

4 余永强;褚怀保;杨小林;梁为民;;层状复合岩石双轴压缩的相似模拟实验研究[J];矿业工程;2011年03期

5 周成涛;陈俊涛;;衬砌背后矩形空洞对隧道初支应力分析[J];重庆大学学报;2012年12期

6 董汉军;谭啸峰;杨钊;翟世鸿;杨擎;;广州“红层”地质盾构机滚刀磨损与掘进参数特性分析[J];中国港湾建设;2013年04期

7 马天辉;张文东;徐涛;;节理岩体中隧洞围岩的损伤破坏机理[J];东北大学学报(自然科学版);2013年10期

8 鲁海峰;姚多喜;梁修雨;郭立全;沈丹;;采动底板横观各向同性岩体应力解析解[J];地下空间与工程学报;2013年05期

9 吴梦军;曹兴松;方林;;陡倾岩层隧道开挖力学特性研究[J];地下空间与工程学报;2014年04期

10 申艳军;;基于分析分解模型数值试验的围岩力学参数估算[J];长江科学院院报;2014年07期

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2 熊诗湖;邬爱清;周火明;;层状岩体变形试验的尺寸效应[A];第十届全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2008年

3 Abbass Tavallali;André Vervoort;;Behaviour of layered sandstone under Brazilian test conditions:Layer orientation and shape effects[A];Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering(vol.5 No.5)[C];2013年

4 鲁海峰;姚多喜;梁修雨;郭立全;沈丹;;采动底板横观各向同性岩体应力解析解[A];《地下空间与工程学报》vol.9 No.5[C];2013年

5 左双英;叶明亮;唐晓玲;续建科;史文兵;;层状岩体地下洞室破坏模式数值模型及验证[A];《岩土力学》vol.34 增刊1 2013[C];2013年

6 Zhen-dong Cui;Da-an Liu;Fa-quan Wu;;Influence of dip directions on the main deformation region of layered rock around tunnels[A];中国科学院地质与地球物理研究所2014年度（第14届）学术年会论文汇编——工程地质与水资源研究室[C];2015年

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4 姚平;竹城公路顺层岩质边坡稳定性及工程设计研究[D];中南大学;2007年

5 何志宇;层状岩质基坑破坏模式及开挖理论研究[D];贵州大学;2008年

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9 田治金;喀斯特环境下层状岩体物理力学参数取值研究[D];贵州大学;2009年

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4 巫绪涛;孙善飞;李和平;;用HJC本构模型模拟混凝土SHPB实验[J];爆炸与冲击;2009年02期

5 邹海,王桂梁,桂和荣,陈兆炎;岩体力学参数的损伤─—反分析优化性研究[J];长春科技大学学报;1999年02期

6 盛谦,黄正加,邬爱清;三峡节理岩体力学性质的数值模拟试验[J];长江科学院院报;2001年01期

7 余静,程凯;滚刀破碎理论分析[J];东北工学院学报;1980年02期

8 黄明利,唐春安,朱万成;岩石单轴压缩下破坏失稳过程SEM即时研究[J];东北大学学报;1999年04期

9 张凤国,李恩征;混凝土撞击损伤模型参数的确定方法[J];弹道学报;2001年04期

10 杨圣奇,张学民,苏承东;岩块声学特性的试验研究[J];辽宁工程技术大学学报;2003年06期

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本文编号：2550227