拉剪作用下椭圆孔洞砂岩力学及破坏特征模拟研究

王海洋; 李金浜; 郑仕跃; 周宴民; 蒋文伟

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受地质环境和工程扰动的影响,椭圆孔洞缺陷广泛赋存在工程岩体中,开挖卸荷会使部分岩体产生回弹拉应力,在孔洞缺陷的影响下形成拉剪应力区,诱导岩体的拉剪破坏,导致工程岩体的稳定性大幅度降低。为研究椭圆孔洞岩体在拉剪作用下的力学特性和变形破坏规律,基于室内岩石力学试验结果,采用颗粒流程序建立数值模型,对不同孔洞倾角α、长短轴之比k下的孔洞岩体进行了拉剪数值试验,并结合应力张量揭示了裂纹演化的细观机理。结果表明:当k不变时,随着α的增加,剪切强度在低法向拉应力下(1~3 MPa)近似呈“W”型变化规律,在α为120°或150°取得最小值,在α为90°取得最大值;剪切强度在高法向拉应力下(4~6 MPa)呈先增大后减小的变化趋势,分别在α为0°和90°时取得最小值和最大值。当α不变时,对于α为非90°的孔洞岩体,剪切强度随k的增大呈非线性下降。孔洞的应力集中程度对法向拉应力的敏感性随α的增大而先减小后增大,α为0°时,敏感性最高,α为90°时,敏感性最低,α为120°和150°时的敏感性高于α为30°和60°时的敏感性,孔洞岩体的强度相较于完整岩体有明显的劣化且劣化程度与法向拉应力呈正相关。裂纹起裂应力水平随法向拉应力的增大而增大,起裂角随法向拉应力的增大而减小。孔洞岩体在拉剪作用下的破坏形式为反翼裂纹贯通导致的拉伸破坏,拉剪作用下岩体内部拉应力和压应力耦合形成最大受拉区,最大受拉区靠近剪切加载面一侧的边界为裂纹的扩展路径,裂纹由孔洞处的塑性屈服而起裂,裂纹起裂后,颗粒接触断裂造成应力的释放与重分布,裂纹再次沿重分布后的最大主应力方向扩展,宏观上表现为裂纹的非线性扩展模式。

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来源
《煤炭科学技术》 |2023年第8期|86-96|共11页
作者
王海洋; 李金浜; 郑仕跃; 周宴民; 蒋文伟;
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作者单位

重庆交通大学山区桥梁与隧道工程国家重点实验室;

重庆交通大学土木工程学院;

中海建筑有限公司;

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正文语种 chi
中图分类岩石力学性质;岩石（岩体）力学及岩石测试;
关键词
砂岩; 拉剪作用; 椭圆孔洞; 离散元; 裂纹扩展; 应力张量;

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