循环荷载下含裂隙脆性岩体破坏机理试验研究

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岩体通常遭受过多次而反复的地质作用,从而被断层、层理、节理、片理等裂隙面切割形成一种高度的非线性和各向异性的地质体。其破坏主要是由断层、层理、节理、片理等形成的裂隙扩展贯通导致。目前的研究主要集中在单一的加载或者卸载,很少考虑循环加卸载这一应力路径。然而,天然条件下岩体遭受反复的地质作用,其受力为非单一的受力形式。因此,研究循环荷载下裂隙岩体的破坏机理对岩体的破坏机理的研究有着极其重要的意义。本文通过配比类玄武岩的类岩石脆性材料,以裂隙倾角、岩桥长度和岩桥倾角为变量设计不同的裂隙组合形式,自主研发“YY-L600型”双轴压缩试验系统,设计了循环加卸荷试验。根据试验,分析试验中试样的力学性质和裂隙扩展演化过程,利用断裂力学理论,对循环荷载下含平行双裂隙岩体的破坏机理进行了推导,并总结出了其破坏的三种力学模型。主要成果如下:(1)在试样贯通破坏前,轴向应力-应变曲线保持线性增长,且每个循环的“回滞环”后的轴向残余变形几乎等值进行增长;当试样即将贯通破坏时,“回滞环”后的轴向残余变形明显增加。(2)起始循环值不影响裂隙扩展的的形式,但影响试样的力学性质,即:随着起始循环值的增大,试样峰值强度减小,起裂强度与峰值强度比值增大。(3)预制裂隙的组合形式影响试样的力学性质。裂隙的岩桥越长,试样峰值强度越大,起裂强度与峰值强度比值也越大;当裂隙倾角较小时,岩桥倾角越大,则试样峰值强度越大;当裂隙倾角较大时,岩桥倾角越大,则试样峰值强度越小。(4)循环荷载下,平行双裂隙扩展模式和单一加载的列扩展模式大致相同,可分为:张性贯通模式和张剪性贯通模式。张性贯通模式又分为:裂隙不重叠张性贯通模式、裂隙部分重叠张性贯通模式和裂隙完全重叠张性贯通模式;而张剪性贯通模式也可分为:纯剪切岩桥贯通模式和张剪性复合岩桥贯通模式。各种不同贯通模式的形成主要受预制裂隙组合形式的影响。(5)在循环荷载下,含平行双裂隙脆性岩体的裂隙的岩体破坏机理由预制裂隙的组合形式的决定,与起始循环值无关。其裂隙的起裂和贯通破坏的动力来源于裂隙面有效剪力所产生的裂隙面的滑移,根据其最后贯通的模式分为:滑移-张拉破坏模型、滑移-剪切破坏模型和滑移-张剪复合破坏模型。
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