单一闭合裂纹在单轴压缩下对岩体破裂过程的影响_王辉(2)

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表1Table1

含单一闭合裂纹岩石试件细观力学参数Containsasingleclosedcrackrockspecimenmesoscopicmechanicsparameters

均质度m3

弹性模量E40000MPa

抗压强度σ100MPa

泊松比ν0.25

摩擦角30°

压拉比10

对方案①进行数值模拟计算，图6给出了岩石破裂过程的剪应力图（由于篇幅问题，只列出2a=20mm时的剪应力图）。单轴压缩下，应力驱动引起翼裂张开，微细裂纹首先在主裂纹尖端萌生，随着加载进行，裂尖应力强度因子增大，微细裂纹在主裂纹尖端贯通，当翼裂开始扩展时，逐渐趋向于主压应力一致的方向

［12］

。从图中还可以看出，岩石试件破

裂过程中沿着裂纹面产生了滑移。图7不同裂纹长度岩石试件应力应变曲线，从图上可以看出单轴压缩下裂纹长度对岩石强度的影响，裂纹长度越小，岩石试件破裂强度越大，裂纹长度越大岩石试件破裂强度越小

。

设计方案如下：

①裂纹长度对岩石强度的影响。固定裂纹倾角

5mm、10mm、15mm、β=30°，裂纹长度依次取0mm、

20mm、25mm，分别对其进行单轴压缩。②裂纹倾角对岩石强度的影响。固定裂纹长度2a=15mm，30°、45°、60°、裂纹倾角依次取15°、75°，分别对其进行单轴压缩。2.2

数值模型

数值计算模型如图5，强度准则采用摩尔库伦准则，采用平面应变模型，整个加载过程通过位移加载方式，每步加载位移量△s=0.002mm。

图5Fig．5

数值模型Numerical

model

图6

Fig．6

裂纹长度2a=20mm剪应力破坏图

Thefigureofshearstressdamagewhencracklengthis20mm

·60·中国安全生产科学技术第11卷

15°和β=45°岩石试件破裂都是经历裂纹萌生、扩展及最终的宏观破坏，不同的是β=15°时，次生裂纹萌生、扩展并不是出现在主裂纹尖端，而是在靠近主裂纹尖端部位，在应力达到峰值前裂纹扩展相对容易，但裂纹萌生应力较大，在step=12时，裂纹开始萌生。当β=45°时，次生裂纹的萌生和扩展主要是

图7Fig．7

不同裂纹长度岩石试件应力－应变曲线Differentcracklengthofrockspecimen

stress-straincurve

围绕主裂纹的尖端展开的，随加载的进行，在主裂纹两端形成翼裂纹，并沿着主加载方向向端部扩展，另step=8时裂纹开外β=45°时，裂纹萌生比较容易，始萌生，且加载到55步时岩石试件已经完全破裂，相对β=15°时容易破裂。图9是不同裂纹倾角岩石应力－应变曲线

。

2）裂纹倾角对岩石强度的影响。

图8是β=15°和对方案②进行数值模拟计算，

45°时岩石试件破坏的剪应力图，由图可以看出β=

图8

Fig．8

β=15°和45°时的剪应力破坏图

Thefigureofshearstressdamagewhenβare15°and45°

从曲线可以看出，岩石试件的破裂强度在β=45°时最小，当β＞45°时，破裂强度随β的增大而增大，当β＜45°岩石试件的破裂强度随β的减小而增大，所以β=45°时，是岩石最易破裂角，和公式（12）验证结果一致。

摩擦系数fw的增大而增大，减小而减小，说明裂纹

的摩擦系数对裂纹岩体的安全是有益的。

2）岩体的破裂强度主要由裂纹面的破裂强度控制，因此裂纹长度和裂纹倾角都是影响岩体的破裂强度的重要因素，岩体的破裂强度随裂纹长度的增大而减小，随裂纹倾角的增大出现先减小后增大的趋势，在β=45°时达到最小。

3）用数值软件主要从裂纹长度和倾角出发来

3结论

1）单轴压缩载荷下，受压岩体的破裂强度随着

第2期中国安全生产科学技术·61·

ZHANGWei，ZHOUGuo-qing，ZHOUHai-bo，etal．Exo-erimentalresearchontheinfluenceofobliquityontheme-chanicalcharactristicsofafracturedrockmass［J］．Jour-nalofChinaUniverstyofMining＆Technology，2009，38（1）：30-33

［7］张盛，梁亚磊，等．裂缝长度对岩石动态断裂王启智，

．岩土工程学报，2009，28韧度测试值影响的研究［J］（8）：1691-1697

ZHANGSheng，WANGQi-zhi，LIANGYa-lei，etal．

图9

Fig．9

不同裂纹倾角岩石应力应变曲线

Fracturelengthofrockdynamicfracturetoughnesstestvaluesinfluencestudy［J］．ChineseJournalofGeotech-nicalEngineering，2009，28（8）：1691-1697

［8］李银平，王元汉，陈龙珠，等．含预制裂纹大理岩的压

J］．岩土工程学报，2004，26（1）：120-124剪试验分析［

LIYin-pingWANGYuan-han，CHENLong-zhu，etal．Ex-perimentalresearchonpre-existingcracksinmarbleun-dercompression［J］．ChineseJournalofGeotechnicalEn-gineering，2004，26（1）：120-124

［9］李世愚，．合和泰名，尹祥础．岩石断裂力学导论［M］

2010：99-114肥：中国科学技术大学出版社，

［10］李通林，．重庆：谭学术，刘传伟．矿山岩石力学［M］

1991重庆大学出版社，

［11］陈卫忠，李术才，朱维申，等．岩石裂纹扩展的试验与

．岩石力学与工程学报，2003，22数值分析研究［J］（1）：18-24

CHENWei-zhong，LIShu-cai，ZHUWei-shen，etal．Ex-perimentalandnumericalresearchoncrackpropagationinrockundercompression［J］．ChineseJournalofＲockMechanicsandEngineering，2003，22（1）：18-24

［12］唐春安，王述红，傅宇方．岩石破裂过程数值试验

［M］．北京：科学出版社，2012

［13］邵伟，陈有亮，周有成，等．单轴压缩条件下含闭合裂

J］．上海大学学报（自纹体岩石类材料的破坏机理［2011，17（4）：216-221然科学版），

SHAOWei，CHENYou-liang，ZHOUYou-cheng，etal．Failuremechanismofrockmaterialscontainingdoubleclosedcracksunderuniaxialcompression［J］．JournalofShanghaiUniversity（NaturalScience），2011，17（4）：216-221

［14］李强，齐清兰，等．压缩载荷下闭合裂纹的曲张力霆，

．工程力学，2013，30（4）：线分支裂纹模型研究［J］294-301

LIQiang，ZHANGLi-ting，QIQing-lan，etal．Studyofthecurvebranchcrackmodelfortheclosedflawundercomperessiveloading［J］．EngineeringMechanics，2013，30（4）：294-301

DifferentAngleofcrackrockstressstraincurve

数值模拟很好地验证了计算其对岩石强度的影响，

理论分析，使研究结果更加具有说服力，且验证了数值分析的可行性。参考文献

［1］李银平，伍佑伦，杨春和．岩石类材料滑动裂纹模型

［J］．岩石力学与工程学报，2007，26（2）：278-284LIYing-ping，WUYou-lun，YANGChun-he．Comparisonofslidingcrackmodelsforrock-likematerials［J］．Chi-neseJournalofＲockMechanicsandEngineering，2007，26（2）：278-284

［2］HOＲIIH，NEMAT-NASSEＲS．Compression-inducedmi-crocrackgrowthinbrittlesolids：axialsplittingandshearfailure［J］．J．Geophys．Ｒes，1985，90：3105-3125［3］JaegerJCShearfailureofanisotropicrocks［J］．Geology

Magazine，1960，97：65-72

［4］林鹏，王仁坤，等．不同角度单裂隙裂纹缺陷黄凯珠，

J］．岩土力学与工程学试样的裂纹扩展与破坏行为［2005，24（增2）：5652-5658报，

LINPeng，HUANGKai-zhu，WANGＲen-kun，etal．Crackgrowthmechanismandfailurebehaviorofspecimencontainingsigleflawwithdifferentangles［J］．ChineseJournalofＲockMechanicsandEngineering，2005，24（supp．2）：5652-5658

［5］彭瑞，J］．孟祥瑞．岩体强度参数新解及应用［赵光明，

2014，10（05）：43-48中国安全生产科学技术，

PENGＲui，ZHAOGuang-ming，MENGXiang-rui．Latestexplanationofrockmassstrengthparametersanditsap-plication［J］．JournalofSafetyScienceandTechnology，2014，10（05）：43-48

［6］张伟，张海波，等．倾角对裂隙岩体力学特性周国庆，

．中国矿业大学学报，2009，38影响试验模拟研究［J］（1）：30-33