亚高温裂隙气-汽压作用下岩石近表Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹起裂研究

我国西南地区隧道近表围岩长期处于亚高温、高湿环境,易产生湿热病害。围岩裂隙水汽化会产生裂隙气-汽压,影响裂纹起裂强度及扩展路径。为研究亚高温裂隙气-汽压岩石裂纹起裂机制,基于裂隙气体状态方程及线弹性断裂力学理论,推演了远场压剪应力和裂隙气-汽压共同作用下岩石裂纹起裂模型及应力强度因子计算公式,提出压剪复合应力状态下的起裂准则及起裂强度和临界起裂角的计算方程,分析裂纹尖端周向应力分布规律及起裂特征,讨论各参数对起裂强度及临界起裂角的影响。结果表明:裂隙气-汽压受温度和气体饱和度共同控制,温度占主导因素;在低、高裂纹倾角时,K_(Ⅰ)远大于K_(Ⅱ),裂纹以张拉起裂为主,裂隙气-汽压起促进作用;裂纹倾角处于15°~75°范围,K_(Ⅰ)和K_(Ⅱ)较为接近,裂纹以压剪复合起裂为主,裂隙气-汽压起抑制作用;裂纹尖端周向应力呈正弦式分布,最大周向应力随裂隙气-汽压增大而减小,临界起裂角随裂隙气-汽压增大而增加;随温度增加或气体饱和度增加,起裂强度减小,临界起裂角增加;理论计算与室内试验结果吻合较好。研究结果为亚高温高湿环境下隧道近表围岩裂纹扩展分析提供理论依据。