岩石作为一种由矿物和岩屑在地质作用下按一定规律聚集而成的自然物体,不同种类岩石表现出不同的物理和力学性质,而岩体的工程稳定性主要取决于岩性、其内部的结构面以及岩体所处的应力状态环境,以往关于不同种类岩石的裂隙扩展问题并未进行系统的研究和总结。因此,进行含通透裂隙不同种类岩石的裂隙扩展研究具有重要的实践价值和理论意义。本文采用砂质泥岩、红砂岩和灰岩制作含15°、30°、45°、60°和75°倾角通透裂隙的标准试件,开展不同种类岩石裂隙试件不同裂隙倾角、不同围压条件下的常规荷载试验,进行不同初始含水率、不同孔隙水压条件下的渗流试验和不同裂隙倾角、不同围压条件下的蠕变试验,研究了不同种类岩石在不同荷载作用下的应力-应变曲线、强度和应变特征以及裂纹的起裂、扩展和破坏模式,并通过数值模拟研究对比了不同岩石的裂隙扩展过程。(1)在单轴荷载作用下,砂质泥岩和红砂岩在裂隙扩展方面也表现出了很高的相似性,除15°和30°砂质泥岩以及30°红砂岩试件表现为翼裂纹与反翼裂纹扩展模式外,其余试件均表现为翼裂纹扩展模式;灰岩表现为柱状劈裂破坏。翼裂纹先于反翼裂纹产生于通透裂隙上下尖端,且翼裂纹的起裂角度均随着裂隙倾角的增大呈减小的趋势。当裂隙角度相同时,砂质泥岩试件的起裂角度均大于红砂岩试件的起裂角度,表明起裂角度与岩石的种类有关,即单轴抗压强度高的岩石其裂隙起裂角度明显更小。(2)在三轴荷载作用下,砂质泥岩为翼裂纹或反翼裂纹扩展模式;红砂岩为反翼裂纹或翼裂纹和反翼裂纹同时存在的“X”状扩展模式,但以反翼裂纹为主导裂纹;灰岩均为反翼裂纹扩展模式。随着围压的增大,砂质泥岩、红砂岩和灰岩试件反翼裂纹起裂角度呈减小的趋势。通过比较砂质泥岩和灰岩在围压均为5MPa的条件下发现,随着岩石单轴抗压强度的增大,反翼裂纹起裂角度呈增大的趋势。(3)在渗流荷载作用下,砂质泥岩试件为翼裂纹或反翼裂纹扩展模式;红砂岩均表现为反翼裂纹扩展模式;灰岩试件在渗流作用下裂隙扩展并未表现出明显的规律性,主导裂纹存在翼裂纹、反翼裂纹和未沿着通透裂隙尖端或附近产生的剪切裂纹。红砂岩很少有次生裂纹产生,其数量明显少于砂质泥岩和红砂岩,且随着孔隙水压的增大,砂质泥岩和灰岩破坏后的裂纹数量整体上呈增多的趋势。砂质泥岩和灰岩的裂纹起裂角度并未有明显规律性;而红砂岩试件在不同孔隙水压条件下,反翼裂纹的起裂角度均值在125.5°-126°之间,表明孔隙水压对反翼裂纹起裂角度没有影响。(4)在单轴蠕变荷载作用下,砂质泥岩和红砂岩试件表现为翼裂纹或反翼裂纹扩展模式,当裂隙倾角不高于45°时为翼裂纹扩展,当裂隙倾角为75°时表现为反翼裂纹扩展模式;灰岩则为翼裂纹或翼裂纹与反翼裂纹共存的“H”状裂纹扩展模式。砂质泥岩、红砂岩和灰岩试件的翼裂纹的起裂角度随着裂隙倾角的增大而减小。随着裂隙倾角的增大,砂质泥岩、红砂岩和灰岩试件在破坏后产生的裂纹数量整体上呈减少的趋势;当裂隙倾角相同时,灰岩试件破坏后产生的裂纹数量最多,砂质泥岩次之,红砂岩试件破坏后产生的裂纹数量最少。(5)在三轴蠕变荷载作用下,不同围压条件下的砂质泥岩试件表现为翼裂纹、反翼裂纹或翼裂纹与反翼裂纹共同主导的扩展模式;红砂岩试件为翼裂纹或反翼裂纹扩展模式;灰岩试件均为反翼裂纹扩展模式。围压越大,砂质泥岩、红砂岩和灰岩更易表现为反翼裂纹扩展模式。观察砂质泥岩、红砂岩和灰岩通透裂隙尖端反翼裂纹角度可以发现,随着围压的增大,反翼裂纹的起裂角度呈减小的趋势;其次,在相同围压条件下,随着单轴抗压强度的增大,反翼裂纹起裂角度越大。(6)在不同荷载作用下的砂质泥岩、红砂岩和灰岩试件破坏后产生的裂纹类型可以分为1 1类,包括六种拉伸裂纹,两种剪切裂纹,一种复合裂纹以及远场裂纹和表面剥落;最大周向拉应力理论计算的翼裂纹的起裂倾角与三种岩石试件在常规单轴和单轴蠕变试验值并不完全吻合,但翼裂纹起裂角度随预制通透裂隙倾角的变化关系与理论值相同,翼裂纹的起裂角度随着裂隙倾角的增大而减小。(7)通过对含45°通透裂隙的三种岩石试件进行常规单轴数值模拟发现:砂质泥岩和红砂岩以翼裂纹为主,灰岩试件翼裂纹与反翼裂纹同时存在,且翼裂纹先于反翼裂纹产生;翼裂纹产生和扩展主要受拉剪应力作用,反翼裂纹产生和扩展主要受压剪应力作用。