软硬互层岩体变形破坏机制物理模拟试验研究

为研究软硬互层结构层状岩体的变形破坏与拉-剪断裂机制,采用物理相似模拟手段预制不同层面倾角和软硬层厚比的试样,进行单轴压缩试验,并对试验应力-应变曲线和试样表面裂纹进行分析,得到以下结论:(1)单轴压缩下试样峰值强度和杨氏模量,随层理面倾角β的增加先减小后增大,随软硬层厚比k的增加有降低趋势。(2)由于沿层面的局部剪切滑移,倾角为30°~45°试样的应力-应变曲线在加载初期有一个明显的应力突降点,这是软硬互层岩体应力-应变曲线一个独有的多峰型特征。另外相比于已有层状岩体破坏模式,发现一种软层压碎、硬层穿层拉破坏的新模式。(3)采用表面裂纹图像提取方法,首次给出在层面倾角β和软硬层厚比k控制下,试样表面裂纹特征演化的玫瑰花分布图。同时研究拉、剪断裂的破坏机制和裂纹的分布占比以及对试样破坏模式的影响规律。研究得出,层面倾角β控制裂纹的扩展方向;软硬层厚比k决定拉、剪破坏的占比。沿层面的剪切滑移、硬层中的拉伸断裂以及软层中的压碎破坏,是导致试样变形破坏的3个主要因素。当层理面倾角β在30°~45°附近时,层面发生剪切滑移,剪裂纹增多。当层理面倾角在0°和90°附近时,试样在穿层或沿层方向发生拉伸破坏,剪裂纹减少。