【摘要】：與單一巖層類似,不同力學(xué)性質(zhì)巖層復(fù)合而成的復(fù)合巖層中也有裂隙的存在,但其力學(xué)特性和裂紋擴(kuò)展、破壞模式等卻與單一巖層不盡相同.本文首先通過模擬試驗(yàn)確定出兩種力學(xué)性質(zhì)差異明顯的軟硬巖石材料,并以此為基礎(chǔ)組成一種復(fù)合巖層的模擬模型;通過改變復(fù)合巖層夾層與加載力方向之間的夾角β,研究了單軸壓縮下無裂隙、裂隙傾角α為45°與135°時復(fù)合巖層的峰值強(qiáng)度、彈性模量等宏觀力學(xué)特性隨β角變化而變化的規(guī)律,得到了不同β角時單裂隙在復(fù)合巖層中的擴(kuò)展過程以及最后的貫通破壞模式,最后通過模擬試驗(yàn)過程中的聲發(fā)射(AE)分析,探討了復(fù)合巖層中單裂隙擴(kuò)展過程中復(fù)合巖層內(nèi)部的變化情況,分析了軟硬復(fù)合巖層在單裂隙存在情況下單軸受壓的破壞機(jī)理,為后續(xù)的相關(guān)試驗(yàn)與模擬研究工作做了初步試探.
【圖文】：

?12．500．2525表3給出了本文模擬結(jié)果與Tien等［13］的相似模擬試驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)表3可作出兩組試驗(yàn)中單軸抗壓強(qiáng)度與夾層傾角的曲線關(guān)系圖，如圖3所示．從圖3可以看出，兩組試驗(yàn)所反映的峰值強(qiáng)度與夾層傾角之間的關(guān)系是一致的，并在整體上對應(yīng)的較好．兩組試驗(yàn)中，兩組曲線均呈現(xiàn)出“U”型的關(guān)系趨勢，即隨著夾層傾角由0°逐漸增加至90°，峰值強(qiáng)度先逐漸降低，，在60°左右時均達(dá)到最低，然后快速增加，在90°時達(dá)到最大值．圖3兩組試驗(yàn)峰值強(qiáng)度與夾層傾角的關(guān)系Fig．3Plotsofpeakstrengthvs．dipanglesofthetwogroups圖4數(shù)值模擬與相似材料試驗(yàn)復(fù)合巖層破壞模式對比Fig．4ComparisonoffailuremodebetweennumericalsimulationandsimilarmaterialtestforcompositerockNo．3殷鵬飛等:含單裂隙復(fù)合巖層強(qiáng)度與裂紋擴(kuò)展特征模擬研究611

現(xiàn)出沿斜截面的剪切破壞，15°、30°時主要以豎向劈裂破壞為主，0°時既有劈裂破壞又有斜截面剪切破壞．通過上述對比可以看出，本文的數(shù)值模擬與Tien等試驗(yàn)具有很大的相關(guān)性，而僅有的差異也主要是由于兩者所選取的模擬材料的不同，這表明本文的數(shù)值模擬可以大體上反映真實(shí)情況．據(jù)此，下文將在復(fù)合巖層模擬試樣中引入單裂隙，以此來探討含單裂隙復(fù)合巖層的強(qiáng)度與裂紋擴(kuò)展特征．2強(qiáng)度與變形特征根據(jù)確定好的復(fù)合巖層模擬材料參數(shù)，在模型中加入單裂隙(模型如圖1所示)，進(jìn)行單軸壓縮模擬，模擬所獲得的全應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖5(a)—(c)所示．由圖5可見，復(fù)合巖層的單軸壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線顯示了巖樣由線彈性階段到彈塑性階段、再達(dá)到峰值、最后脆性破壞的過程．值得指出的是，無裂隙存在時復(fù)合巖層巖樣表現(xiàn)出很強(qiáng)的脆性特征，而裂隙存在時巖樣在峰前雖然同樣表現(xiàn)出很強(qiáng)的脆性，但在峰后階段曲線波動比較大，這說明巖樣峰后又發(fā)生了多次破裂，這是隨著裂紋在軟弱夾層中的擴(kuò)展與貫通，夾層界面多次發(fā)生滑移的結(jié)果．圖5復(fù)合巖層單軸壓縮全應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig．5Uniaxialcompressionstress-straincurveoflayeredcompositerocks612應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報Vol．23
【作者單位】： 中國礦業(yè)大學(xué)深部巖土力學(xué)與地下工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃973項(xiàng)目(2014CB046905)
【分類號】：TU45

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2550227