單軸壓縮下巖石斜裂紋擴(kuò)展規(guī)律研究.pdf

1、裂紋廣泛存在于巖石中，許多工程事故（建筑物傾覆、邊坡失穩(wěn)、隧道塌方等）都與巖石裂紋的擴(kuò)展過(guò)程密切相關(guān)。因此，研究巖石裂紋的擴(kuò)展規(guī)律對(duì)工程建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義。巖石裂紋的擴(kuò)展問(wèn)題一直以來(lái)就備受關(guān)注，也取得了豐富的成果，但對(duì)裂紋的擴(kuò)展路徑研究還不夠，而且大多忽略了塑性變形對(duì)裂紋擴(kuò)展過(guò)程的影響。本文對(duì)巖石斜裂紋的擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行研究，以脆性巖石材料（不考慮塑性變形）和考慮塑性變形的巖石材料為對(duì)象，針對(duì)巖石斜裂紋的擴(kuò)展規(guī)律及影響因素進(jìn)行深入研究。

2、
　?、賹?duì)脆性巖石材料，分別以最大周向拉應(yīng)力準(zhǔn)則和摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則作為斷裂準(zhǔn)則，在考慮裂紋面的摩擦效應(yīng)和忽略摩擦效應(yīng)兩種情形下，得到不同傾斜角度的斜裂紋的起裂角和擴(kuò)展路徑，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示：
　　1）當(dāng)斜裂紋傾斜角度較大時(shí)，最大周向拉應(yīng)力準(zhǔn)則得到的起裂角和擴(kuò)展路徑能與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，且摩擦效應(yīng)對(duì)裂紋的擴(kuò)展影響較?。?br>　　2）當(dāng)斜裂紋傾斜角度較小時(shí)，摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則得到的起裂角和擴(kuò)展路徑與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合，摩擦效應(yīng)對(duì)裂紋

3、擴(kuò)展的影響較大。
　?、趯?duì)考慮塑性變形的巖石材料，引入位錯(cuò)理論，用刃型位錯(cuò)來(lái)代替擴(kuò)展面上的缺陷，位錯(cuò)的形成過(guò)程就是塑性變形的過(guò)程，塑性區(qū)也就是最可能形成裂紋的區(qū)域。建立相應(yīng)的裂紋位錯(cuò)模型來(lái)分別探討裂紋以壓剪破壞、受拉破壞的形式擴(kuò)展時(shí)的規(guī)律，并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。
　　1）對(duì)于壓剪破壞，將塑性區(qū)簡(jiǎn)化為50個(gè)等間距的位錯(cuò)點(diǎn)，在外荷載和位錯(cuò)共同作用下，各位錯(cuò)附近的區(qū)域應(yīng)力均滿足摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則。應(yīng)用MATLAB進(jìn)行數(shù)值求解，將得到的擴(kuò)

4、展路徑與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)果表明：裂紋傾斜角較小時(shí)，擴(kuò)展路徑與實(shí)驗(yàn)比較一致，表明此時(shí)裂紋擴(kuò)展形式為壓剪破壞。
　　2）對(duì)于受拉破壞，以拉應(yīng)力達(dá)到屈服應(yīng)力作為屈服條件，將計(jì)算得到的擴(kuò)展路徑與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，結(jié)果顯示：裂紋傾斜角較大時(shí)，擴(kuò)展路徑與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較為一致，表明此時(shí)裂紋擴(kuò)展形式為受拉破壞。
　　本文研究結(jié)果表明，最大周向拉應(yīng)力準(zhǔn)則和摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則可應(yīng)用于脆性巖石裂紋的擴(kuò)展規(guī)律研究，建立的裂紋位錯(cuò)模型可用來(lái)考慮巖石的塑性變形并分析