含平行双裂隙白砂岩力学行为数值分析

目的为探究平行双裂隙对白砂岩力学特性、裂纹扩展和能量演化的影响,方法利用颗粒流软件PFC2D获取白砂岩细观力学参数,通过改变双裂隙倾角和双裂隙间距2个关键影响因素,进行多次单轴压缩试验并对模拟结果进行分析。结果结果表明:随着裂隙倾角增大,岩石的峰值强度、弹性模量变大;随着平行双裂隙间距增大,裂隙倾角为30°时,岩石的峰值强度和弹性模量大幅降低,裂隙倾角为60°时,裂隙间距对岩石的峰值强度和弹性模量无显著影响,即裂隙间距转变为影响力学特性的次要因素;裂隙倾角对岩石的微裂纹发育过程有着重要影响,在裂纹扩展初期以拉伸裂纹为主,最终破坏形式多为剪切破坏;裂隙倾角为45°时,裂纹发育至贯通最为彻底;随着裂隙倾角增大,耗散能开始出现应变节点逐渐后移现象,岩石的弹性储能极限随之增强,裂隙倾角为0°~15°时,储能极限会发生一次小幅度反弹。结论双裂隙倾角和间距对白砂岩力学特性、裂纹扩展和能量演化的影响至关重要。

冻结条件下平行双裂隙岩体力学特性试验研究

裂隙是影响工程岩体稳定的重要因素,而平行双裂隙是一种重要的裂隙分布形式,基于已有的研究成果,开展一系列平行双裂隙类岩石三轴压缩试验,研究裂隙产状对平行双裂隙岩体力学性质和破坏形态的影响。试验结果表明:平行双裂隙岩体强度、弹性模量和泊松比受迹长和迹长比共同影响,受裂隙间距影响较小,随倾角增大,先减小后增大;倾角<30°时,破裂面起始于裂隙端部贯穿岩桥,并沿最大主应力方向发展,倾角在30°~60°之间时,沿其中一条裂隙剪切破坏。迹长和迹长比较小时(贯通率<25%,迹长比<2.5),破坏形态与裂隙无关;迹长较大(贯通率>75%),迹长比较小时(迹长比<1),破坏形态取决于长裂隙;迹长介于两者之间时(贯通率25%~75%),迹长比接近1时,受两条裂隙共同影响。

含平行双裂隙砂岩裂纹演化特征离散元分析

为研究含平行双裂隙砂岩的力学特性及裂纹演化特征,利用经过校核的细观参数通过离散元软件PFC2D建立数值模型,并对模型进行单轴压缩模拟。研究结果表明:含平行双裂隙砂岩的峰值强度、峰值应变及弹性模量与完整试样相比均有不同程度的劣化;随着平行双裂隙倾角的增大,试样的峰值强度、峰值应变及弹性模量呈增大趋势;当裂隙倾角为0时,裂纹首先在裂隙中部萌生,并向试样端部发展,当裂隙倾角为30°、45°及60°时,裂纹首先在裂隙尖端部分的应力集中区处萌生,并不断发展贯通,最终扩展到试样端部,当裂隙倾角为90°时,裂纹首先于试样端部萌生,并不断朝轴向发展。

含密实填充物的平行双裂隙岩体模型渗透特性试验研究

针对含填充物的双裂隙岩体,利用惰性气体渗透测试系统,在一次围压加卸载下对试样进行渗透率和孔隙度的精确测量,研究了裂隙中填充物及交界面渗透特性随裂隙间距变化的规律。结果表明,单裂隙与双裂隙试样渗透率随围压变化规律大致相同;在加载阶段,随着裂隙间距的减小,裂隙之间的相互作用增大,孔隙度随围压减小的更为显著,而单裂隙孔隙度随围压变化最不明显;随着裂隙间距的增大,各试样渗透率相应减小,而由于单裂隙试样比双裂隙试样缺少两个渗透交界面,因此其渗透率在低围压下远小于双裂隙试样。

高湿环境平行双裂隙砂岩单轴压缩破坏及裂纹扩展特性

深部裂隙矿柱长期受高湿环境中水分子所侵蚀,其化学动力过程与矿房稳定性及控制地表沉降密切相关。对预制平行双裂隙标准砂岩试样进行了单轴压缩试验,研究高湿对裂隙砂岩强度变形特性、裂纹演化以及破坏模式的影响,结合电镜扫描和XRD衍射,分析了试件在高湿环境水化作用前后的微细观结构变化和质量损失特征。结果表明:①试样结构疏松程度与湿度成正相关,湿度升高,试样表观致密结构变得松散并伴有次生孔隙发育,形成模糊的层间界面,且微裂隙数目增加,质量损失率加剧。②裂隙砂岩在单轴压缩下主要有拉伸破坏,剪切破坏和二者混合型破坏。裂纹萌生的类型主要有翼形裂纹、反抗拉裂纹以及共面/非共面次级裂纹。其裂纹扩展及破坏模式受控于湿度,随着湿度升高,裂纹起裂应力和贯通应力降低,宏观裂纹发育的整体数量呈下降趋势,且其破坏模式由剪切破坏过渡到拉伸破坏。③高湿环境对裂隙砂岩产生水岩化学作用,减弱了裂隙结构面以及矿物颗粒间的摩擦作用,降低了其峰值强度,峰值应变和弹性模量,提高了泊松比,加速了裂隙砂岩的破坏。

基于离散元的平行双裂隙砂岩破裂特征和失稳机理研究

研究双裂隙对岩体稳定性及破坏特征的影响有助于理解裂隙间的互相作用机制。运用PFC2D建立含不同空间分布的平行双裂隙砂岩试样数值模型,对其进行单轴压缩试验,分析其受载损伤特征、微裂纹演变和应力场分布,并结合宏观破坏特征,探讨试样的失稳机理。结果表明:3种双裂隙的不同空间分布使砂岩的渐进损伤过程和力学性质产生差异,并影响了微裂纹分布、数量和倾角,对岩桥破坏程度差异显著,进而形成不同的破裂区域;采用等效应力云图对不同模型峰值应力分布进行对比,并结合宏观破坏特征,从受外力角度探讨了裂隙的不同空间分布结构对试样的受力承载面和压应力传递路径的影响。研究成果可为工程实践和岩石力学研究提供参考价值。

双轴压缩下双裂隙类岩石材料力学特性及裂纹扩展

本文对预制平行非等长双裂隙类岩石试件进行双轴压缩试验,研究裂隙长度比和裂隙间距在不同侧压下对试件裂纹扩展及力学特性的影响.发现:裂隙长度比越大,试件的峰值强度越低,上部主裂隙扩展对下部次裂隙扩展的抑制保护作用愈加明显;裂隙间距越小,峰值强度越低,两条预制裂隙产生的新裂纹越少,下部次裂隙的裂纹发展也越不明显,甚至不发生扩展;侧压的增大提高了试件的峰值强度.此外,试件破坏大多表现为拉剪复合破坏,且上部主裂隙要先于下部次裂隙起裂扩展,表现出明显的优势扩展特性.

断续裂隙类岩石材料三轴压缩力学特性试验研究

研究三向应力作用下裂隙对岩石力学特性的影响对于确保裂隙岩体工程稳定具有重要的实践意义。通过配制含两条不平行张开贯穿型裂隙类砂岩试样,采用MTS815.02岩石力学伺服试验机进行不同围压下常规三轴压缩试验。基于试验结果,详细分析了完整及断续不平行双裂隙类岩石材料的应力–应变曲线、强度和变形参数以及破裂模式。研究结果表明:1断续裂隙岩样应力–应变曲线呈现多台阶式软化,部分曲线出现双峰值现象;2完整及断续裂隙岩样峰值强度、裂纹损伤阈值和峰值应变均随着围压的增大呈线性增大。完整岩样峰值强度对围压的敏感程度最高,而断续裂隙岩样中由倾角45°,30°和60°依次减小;3断续裂隙岩样宏观破裂模式受裂隙倾角和围压的共同作用。当围压较小时,破裂形态受裂隙倾角的影响较大;当围压增大到一定程度后,裂隙倾角的影响逐渐减弱,围压的作用开始显现,岩样最终呈剪切破坏模式。

水压作用下三维裂隙组扩展过程试验研究

坝基和边坡等受压岩体裂隙中往往有水压力的存在,真实岩体中不能直接观察内部裂隙的扩展过程。自行研制了一种在低温下具有良好脆性的透明类岩石材料,内部预制张开型裂隙组,通过导管与外部高压注水设备相连进行单轴压缩试验。详细阐述了单裂隙和平行双裂隙组试件在渗透水压和单向压缩条件下内部裂纹的起裂、扩展、贯通机制;研究了裂隙组倾角及间距对平行双裂隙组试件起裂应力和峰值强度的影响。试验表明:水压作用下裂纹的扩展贯通模式和无水情况下明显不同,水压的存在对花瓣型裂纹和反翼裂纹有抑制作用,对包裹式翼裂纹有促进作用;平行双裂隙组试件的起裂应力和峰值强度随裂隙倾角增大呈现先减小后增大的趋势,并且在45°左右时强度最低;裂隙间距增加,起裂应力和峰值强度增大并逐渐趋于单裂隙强度水平。试验成果对研究岩体中水压作用下受压裂隙组起裂、贯通机制具有重要的参考价值。

裂隙形式对盾构端部加固体强度及破坏模式影响

为了研究盾构端部加固体中裂隙对加固体强度及破坏模式的影响,基于某市地下综合管廊实际工程,用三组不同配比的水泥砂浆模拟端部加固体,用预制PVC片模拟试件中0°、30°、60°、90°单裂隙和30°、60°平行双裂隙.对预制试件进行单轴压缩试验,研究存在裂隙的端部加固体力学特性和破坏模式.结果表明:水泥浆液与砂的配比为2∶3时,加固体具有较高的强度;裂隙的存在会使加固体强度有所降低,单裂缝试件多为拉压破坏和剪切破坏;双裂缝试件多为共轭剪切破坏;当裂隙角度一定时,试件的裂隙会发生扩展,从而加速试件的破坏.