节理岩体巴西劈裂试验和直接拉伸试验研究及数值模拟

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自然界中的岩体在漫长的地质演变过程中,往往被大小、形状、方向各异的结构面纵横切割,而形成具有一定结构特征的不连续岩体,由于结构面的存在,显然不连续岩体的力学特性要比完整岩石复杂很多。在借鉴前人成果的基础上,通过室内试验和数值模拟相结合的方法,研究不同的节理长度和节理角度对巴西劈裂试验和直接拉伸试验的影响;研究不同节理长度和加载角度下圆盘抗拉强度的变化规律,研究不同加载角度下圆盘应力分布特点及塑性区的分布特点,通过对塑性区分布特点的分析,研究不同加载角度下圆盘的破坏模式,并与室内试验结果进行对比,得到了一些结论:  (1)在巴西劈裂试验中:当节理长度一定时,抗拉强度随加载角度增大呈增大趋势,随着加载角度的增大,使得受拉面远离节理方向,有效受拉面积增大,抗拉强度也随着增加。当加载角度一定时,抗拉强度随节理长度增大呈减小趋势,随着节理长度的增大,使得受拉面积减小,有效受拉面积减小,抗拉强度逐渐减小。岩石的破坏形式分为3种:纯拉伸破坏,纯剪切破坏,拉伸-剪切混合破坏模式。  (2)岩石的微观稳定性调整阶段,岩石的弹性阶段,岩石的非线性变形阶段,岩石的脆性破坏阶段。硬脆性岩石直接拉伸变形以弹性变形为主,拉伸过程中的非线性变形主要是内部裂隙或软弱夹层受拉引起的。节理岩体直接拉伸破坏面出现在中部附近的均匀受拉区,可见试件中受应力集中影响较小;当节理角度较小时,破坏面与试件轴线接近垂直,当节理角度较大时,破坏面沿着节理方向,与试件轴线呈一定角度;破坏面新鲜平整,几乎没有产生碎屑或碎片,没有剪切破坏痕迹,当试件断裂时,会伴有清脆响声,是典型的脆性拉断破坏模式。  (3)对不同加载角度下巴西圆盘数值模拟结果显示,圆盘的应力分布及塑性区分布于室内试验所得出破坏模式相吻合,圆盘的抗拉强度值随加载角度的变化规律与室内试验也相吻合。
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