含内部裂隙缺陷岩体的力学特性试验研究

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在自然界中,由于岩石内部存在不同形式、张开度不同的裂隙缺陷,使得本就各向异性的岩石力学性质进一步劣化,从而影响了岩石的强度和变形力学特性。而裂隙岩体的强度和变形特性直接影响到对工程稳定性的分析和评价,因此,对裂隙岩体的研究成为众多学者研究的重点。然而无论是由人为的开挖卸荷活动造成的、还是由地质运动产生的裂隙岩体,其裂隙的宽度不一、赋存形式各异,致使其强度和变形特性变化不一。此外,大多数学者将裂隙岩体简化为二维模型,对不可见的三维内置岩石裂隙岩体研究不够全面。本文在总结前人研究的基础上,设计了张开和闭合两种不同类型的内部裂隙,通过改变裂隙尺寸、倾角、数量和形状,认识了单轴压缩条件下含内部裂隙缺陷岩体的强度和变形特性,并使用声发射采集和数字照相的技术手段进一步分析内部裂纹演化和贯通破坏模式;最后采用室内试验和数值模拟相结合的手段,全面认识了解单轴压缩条件下含内部裂隙缺陷岩体的力学特性,并取得了主要研究成果如下:(1)通过单轴压缩试验分析了含内部张开裂隙变形和力学特性研究,研究表明:当裂隙尺寸变大,张开单裂隙试块的峰值应力从理想的45°破裂角向30°偏移,双裂隙试样向15°偏移。峰值应变、弹性模量、割线模量变化规律复杂;贯通破坏模式以30°、45°和60°三个特征角度为分界线:30°及以下试块的贯通破坏以张拉破坏,45°以拉剪贯通破坏,60°和75°试块为剪切贯通破坏。(2)通过分析30°、45°和60°三种不同倾角、多种裂隙形式的闭合裂隙变形和力学特性表明:岩桥间距的变化对试块峰值应力变化影响最小,裂隙的其余三种形态对试块力学特性的影响较为复杂,需要具体问题具体分析。30°倾角的试块为张拉贯通破坏,45°和60°的试块为拉剪混合贯通破坏。(3)声发射采集结果表明,当裂隙尺寸变大时,采集的累计AE计数较低,这是由于试块内部缺陷较大造成的,与此相对应的是内部裂纹发育产生的累计AE计数相对较少。总之,裂隙越大,声发射采集AE计数低,累计AE计数少;反之亦然。(4)依据室内试验结果,建立了含不同裂隙形式的内部裂隙缺陷岩体的颗粒流模型,开展了三种不同角度下圆形裂隙的对比研究。研究结果表明:在初期压密阶段,内部裂隙周围率先产生裂纹,然后在球体于墙体间产生裂纹,两处裂纹不断发育演化,最终形成贯通破坏。该论文有图50幅,表20个,参考文献83篇。
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