岩石破裂过程的数值模拟研究
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
+ N 发的 J 软 件C % K L M $ J W X YK Z [ \ ] ^ _L ^ W X _ ‘ ‘Ma Z \ b ‘ [ ‘ 考 虑 不 同 岩 性 均 质 度 的 影 响 C模 拟 了 不 同 岩 性 岩 石
渐破坏模型$ k k L ^ W i ^ _ ‘ ‘ [ j _K Z [ \ ] ^ _ K ^ Z X l ] ^ _ N Z mZ i _
图 & 预制裂纹大理岩试样裂纹扩展 ( ) * $ & ( 8 > X ) *Y Z = [ B \] ^ B _ M B Z‘ _ ] ‘ M X M [ > ] a> a[ \ =-M _ 6 @ =b> [ \‘ _ = = c > Y [ > a XB _ M B Z
’ +单体模型 M
’ +两体模型 6
%
为& 步 !每 步 加 载 量 为 3 K "模 拟 过 程 共 计 加 载 & / , , $ , , ,/ --"
P 计算结果分析
为 分 析 岩 石 均 质 度 对 其 裂 纹 扩 展 过 程 的 影 响!
共 进 行 了 三 个 方 案 的 模 拟 !因 篇 幅 所 限 !只 在 图 1 中列出有代表性结果 !其中的四幅图皆为能代表 ’ + M 中大理岩试样均质度相近的试样 Q& 和 Q%表示和图 % 在不同载 荷阶段 的声 发射图 SQ1 为均质 体到峰 值强 度T / U 时的破坏图 SV 为均质度不同的两体试 B的 L 样到峰值强度 L / U 的破坏图 "下 面对此 结果进 行简 要对比分析 " 破坏 ’ & +均匀材料中裂纹扩展的数值模拟表明 ! 基 本沿 裂纹两 端对称 萌生 和扩展 ’ 见 图 1中 Q1+ !所 形 成 的 主 裂 纹 从 宏 观 上 看 较 光 滑 "模 拟 结 果 和 文 用 树 脂 材 料 所 做 结 果 很 吻 合 !也 符 合 经 典 断 裂 E & & F % ; 力学有关翼型裂纹扩展的解析结果 !说明 7 8 9 : 方 法对于脆性材料中裂纹扩展过程的模拟是可行的 " ’ % +对 于 非 均 质 的 大 理 岩 !对 比 图 &和 图 1中 Q&!Q% 的实验 和数值 模 拟 结 果 !两 者 表 现 极 强 的 一 致性 " 由于实际岩石中晶粒和缺陷的随机分布 !当受 到 外 载 荷 时 !由 于 各 矿 物 对 力 的 传 递 效 率 和 自 身 变
形 不 同 !必 然 引 起 岩 石 内 部 应 力 场 的 不 均 匀 分 布 ! 起 初 微 破 裂 杂 乱 无 章 分 布 !随 着 载 荷 增 加 !微 裂 纹
产生局部应力集中 !导致胶结最弱部位微裂纹产生 "
逐渐在预置裂纹端部集中 !当达到峰值强度 / , U时! 并 逐 渐 汇 集 W贯 通 成 肉 眼 可 见 的 宏 观 裂 纹 !方 向 大 角 S随 着 外 载 荷 的 致与 预 置 裂 纹 垂 直 !与 外 力 成 4 / 5
万方数据
第& L卷
第 4期
黄明利等 $岩石破裂过程的数值模拟研究
e4 f J e
根 据 这 一 准 则 !单 元 的 破 坏 可 能 是 拉 坏 也 可 能 是 剪 坏" # $ # 计算数学模型 % $ % $ & 模型说明 为便于与 本 文 所 进 行 的 带 预 制 裂 纹 大 理 岩 扫 描 电 子显微镜’ 实验结果进行对比’ 见图 & + !设 ( ) *+ 计如图 %所示的计 算模型 !计 算范围 为 % ,--. & , $ , / 0, $ 1 / --!考 虑 大 理 岩 中 颗 粒 的 平 均 粒 径 为 , , , .& , , 2% ,, , ,个 等 面 积 单 元 ! --!共 划 分 为 % & , ,个 3 -- "裂 纹 预 置 在 试 样 的 中 部 !长 为 /--! 与长边夹角为 4 / 5 "采用平面 应力分 析 "为 了研 究 材
T 引
言
验结果比较 C表明了数值计算的可靠性 O
岩体中裂纹的扩展是地学领域的重要研究课题 C 对 于 理 解 井 巷 工 程 稳 定 性 I边 坡 失 稳 和 地 震 等 地 壳 介 质 破 裂 过 程 的 机 制 具 有 重 要 意 义 O几 十 年 来 有 关
! )S V 它的研究取得了长足的进展 U O岩体是由多种矿物
( V + N 一 样U % CJ HW n _ \ K L M 包 括 两 个 方 面 的 功 能 &应 力 + N 分 析和破 坏分析 OJ K L M 的 应力分 析 采 用 有 限 元 法
进 行 O破 坏 分 析 则 是 根 据 一 定 的 破 坏 准 则 来 检 查 材 料 中 是 否 有 单 元 破 坏 O对 破 坏 单 元 则 采 用 刚 度 特 性 退 化$ 处理分离% 和刚度重建$ 处理接触% 的办法进行 处 理 O为 了 模 拟 试 验 机 加 载 情 况 C采 用 位 移 加 载 方 式 O对 于 每 一 步 给 定 的 位 移 增 量 C首 先 进 行 应 力 计 算O 然 后 根 据 破 坏 准 则 来 检 查 模 型 中 是 否 有 破 坏 单 元 O如果没有 C继续增加一个位移增量 C进行下一步 应力计算 O如果有破坏单元 C则根据单元的拉或剪破 坏 状 态 进 行 刚 度 退 化 处 理 O然 后 重 新 进 行 当 前 步 的 应力计算 O重复上述过程 C直到整个材料产生宏观破 坏 O由于单元的破坏为脆性 C因此认为单元破坏释放
质度对材料破坏过程的决定性影响 O 关键词 分类号 非均质性 C单裂纹 C裂纹演化规律 # + Q ! CPE # ’ Q ! P+ 文献标识码 M 文章编号 ! , , , R ’ " ! S $ + , , , % , # R , # ’ ( R , #
在 外 载 作 用 下 的 不 同 破 坏 失 稳 过 程 O并 和 相 关 的 实
+ , , ,年 *月
岩石破裂过程的数值模拟研究 D
C+ CE 黄明利 ! 唐春安 ! 朱万成 E
! 中国科学院力学研究所 F $ GH
北京
! , , , ( , % 沈阳 ! ! , , , ’ %
$
+ 辽宁工程技术大学
阜新
! + E , , , % $
E 东北大学岩石破裂与失稳研究中心
摘要
+ N 考虑不同粒度组成和缺陷分布的岩石 C对其裂纹扩展 I演化过程的影响 C建立数学模型 C应 用 J K L M 程序分 析 了 均 质 度 对 岩 石 类 脆 性 材 料 在 外 载 作 用Baidu Nhomakorabea下 的 裂 纹 扩 展 I演 化 过 程 的 影 响 C和 相 关 的 实 验 结 果 进 行 对 比 C指 出 了 均
! " " (年 ! !月 ! !日收到初稿 C! " " "年 S月 ! "日收到修改稿 O D 中国科学院力学研究所非线性连续介质力学开放实验室开放基金资助项目 O 作者 黄明利 简介 &男 CE ,岁 C博士 C! " " !年毕业于辽宁工程技术大学采矿系采矿工程专业 C现任讲师 C主要从事岩石力学与采矿方面的研究工 作O
’ C* V 的弹性能以声发射的形式释放 U C据声发射特性来
观 察 岩 石 破 裂 过 程 O考 虑 到 岩 石 类 脆 性 材 料 的 抗 拉 强 度 远 小 于 抗 压 强 度 C因 此 本 文 采 用 了 修 正 后 的 库
" V 仑 准则 I包含拉伸 截断 U 作 为单元 破坏的 强度 判据 O
c 数值模拟模型
c h c Q T 岩石破裂过程分析程序 d e f g 概述 + N 本文所用 J K L M 系统 C是一个能模拟岩石介质 ’ C* V 逐渐破坏过程的数值模拟工具 U O和其他已有的逐
晶粒 I胶结物及孔隙缺陷等组成的混合体 C是自然界 中经过亿万年的地质演变和地质构造运动所形成的 最 为 复 杂 的 固 体 材 料 之 一 O岩 石 中 晶 粒 缺 陷 的 随 机 分 布 导 致 其 各 向 异 性 和 非 均 质 性 C这 对 岩 石 在 外 载 作 用 下 的 破 坏 行 为 产 生 显 著 影 响 O岩 石 在 外 载 作 用 下 的 变 形 破 坏 过 程 C实 质 上 就 是 岩 石 中 的 缺 陷 的 萌 生 I长大 I扩展和汇合 的过 程 O裂纹 不 规 则扩 展 I相 互作用直至贯通是这类非均匀脆性材料破坏的主要 形式 O均质度对其破坏的影响是决定性的 O考虑均质 度影响 C用解析方法分析裂纹扩展 I演化影响是极其 复杂的 C在目前来说 C甚至是不可能的 O随着计算机 的发展 C有限元 I边界元等数值算法在材料破坏分析 方 面 的 应 用 越 来 越 广 O而 一 种 岩 石 力 学 的 分 析 方 法 能 否 成 功 地 解 决 实 际 岩 土 工 程 中 的 问 题 C在 很 大 程 度上取决于它是否真实地反映工程岩体所具有的非 均匀性 O 本文应用东北大学岩石破裂与失稳研究中心开
破坏过程时空分布的声发射图 ! Q R表示单岩体试样 S
料 显 著 非 均 质 性 对 裂 纹 扩 展 过 程 的 影 响 !同 时 又 设 计了裂纹两端伸入均质度不同的两岩体模型 !如图 % ’ + !白色表示均质度较好 岩 石 !暗 色表 示 均 质度 较 6 差岩石 " % $ % $ % 力学参数说明 % ; 7 8 9 : 程序以某种分布形式对材料强度和弹性 模量进行初始赋值 "本文采用韦布尔 ’ <= > 6 ? @ @ +分布 A ’ C!D +来近似反映缺陷和晶粒等各微元强度等力 B 学 参 数 的 不 同 "根 据 文 E & , F中 结 论 知 !韦 布 尔 参 量 C 是 材 料 的 结 构 参 数 !它 反 映 了 材 料 结 构 中 缺 陷 分 布 不 规 则 程 度 !在 量 值 上 是 该 材 料 结 构 分 形 维 数 G 的 %倍 "其中参数 C 越大 !表明岩石的性质越均匀 " D为反映岩石材料平均性质的参数 "本模型中 !岩体 力 学 参 数 如 下 H弹 模 I 2 J KL , ,*9 M !N J , B2 & 2, $ % / "均质岩体 C 值取为 & , , !非 *9 M !泊松比 O 均质体取为 1 "为了与试验模型一致 !这里的割缝为 完全贯通的裂纹 !在如图 %所示的受力状态下 !该裂 缝不会闭合 !而将不断地扩展 " 单元破坏准则中的摩擦角取为 1 , 5 !拉压强度比
图 % 计算数学模型
万方数据
$ % *M 8 > X [ \ = -M [ > B M @ -] d = @ ^ ] _B M @ B ? @ M [ > ] a
F. H G F
岩石力学与工程学报
E , , ,年
增加 !主裂 纹逐渐 形成 !由于岩石 的 非 均质 性 影 响 ! 裂纹的扩展和贯通蜿蜒曲折向前推进 !所以从宏观看 上 去 裂 纹 是 粗 糙 的 !但 总 的 发 展 方 向 由 与 割 缝 方 向 垂直逐渐转向与最大主压应力方向平行 " 通过 # 大理 岩和砂岩等’ 试样进行 $ % 对岩石& 细 观 破 坏 观 察 及 数 值 模 拟 结 果 都 表 明 !尽 管 岩 样 所 受 的 是 压 缩 载 荷 !但 岩 样 中 产 生 裂 纹 大 多 呈 拉 张 脆 性破坏 " & ( ’为 了 对 比 不 同 均 质 度 岩 样 对 裂 纹 发 育 过 程 的影响 !设计了两体 模型 !上部为 均 质 度较 差 岩 石 ! *下 端 为 均 质 度 较 好 岩 体 !) 取 + , , "从 图 ( )取 ( 中给出的临近峰值强度时的声发射图可见 !在均 & ’ 质 性 较 差 的 上 部 !除 贯 通 形 成 的 主 裂 纹 外 !其 他 部 位 还 有 杂 乱 分 布 的 微 裂 纹 产 生 !而 在 下 部 则 无 此 现 象 "这就进一步印证了上面的分析结果 " & . ’除 此 以 外 !数 值 模 拟 还 可 以 给 出 裂 纹 扩 展 过程中裂纹周围应力场的变化规律 "如图 .所示 !从 中 可 以 清 楚 地 看 出 裂 纹 尖 端 拉 应 力 的 集 中 !以 及 随 着裂纹扩展 !这种应力集中的释放和转移 " 万方数据
第! "卷
第 #期
岩石力学与工程学报
! " $ # % &# ’ ( )# * !
3 5 8 B C+ , , , . / 0 1 2 1 3 4 5 6 0 7 8 4 9: 4 ; <=1 ; . 7 0 / ; 2 7 0 >? 0 @ / 0 1 1 6 / 0 @ A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A
渐破坏模型$ k k L ^ W i ^ _ ‘ ‘ [ j _K Z [ \ ] ^ _ K ^ Z X l ] ^ _ N Z mZ i _
图 & 预制裂纹大理岩试样裂纹扩展 ( ) * $ & ( 8 > X ) *Y Z = [ B \] ^ B _ M B Z‘ _ ] ‘ M X M [ > ] a> a[ \ =-M _ 6 @ =b> [ \‘ _ = = c > Y [ > a XB _ M B Z
’ +单体模型 M
’ +两体模型 6
%
为& 步 !每 步 加 载 量 为 3 K "模 拟 过 程 共 计 加 载 & / , , $ , , ,/ --"
P 计算结果分析
为 分 析 岩 石 均 质 度 对 其 裂 纹 扩 展 过 程 的 影 响!
共 进 行 了 三 个 方 案 的 模 拟 !因 篇 幅 所 限 !只 在 图 1 中列出有代表性结果 !其中的四幅图皆为能代表 ’ + M 中大理岩试样均质度相近的试样 Q& 和 Q%表示和图 % 在不同载 荷阶段 的声 发射图 SQ1 为均质 体到峰 值强 度T / U 时的破坏图 SV 为均质度不同的两体试 B的 L 样到峰值强度 L / U 的破坏图 "下 面对此 结果进 行简 要对比分析 " 破坏 ’ & +均匀材料中裂纹扩展的数值模拟表明 ! 基 本沿 裂纹两 端对称 萌生 和扩展 ’ 见 图 1中 Q1+ !所 形 成 的 主 裂 纹 从 宏 观 上 看 较 光 滑 "模 拟 结 果 和 文 用 树 脂 材 料 所 做 结 果 很 吻 合 !也 符 合 经 典 断 裂 E & & F % ; 力学有关翼型裂纹扩展的解析结果 !说明 7 8 9 : 方 法对于脆性材料中裂纹扩展过程的模拟是可行的 " ’ % +对 于 非 均 质 的 大 理 岩 !对 比 图 &和 图 1中 Q&!Q% 的实验 和数值 模 拟 结 果 !两 者 表 现 极 强 的 一 致性 " 由于实际岩石中晶粒和缺陷的随机分布 !当受 到 外 载 荷 时 !由 于 各 矿 物 对 力 的 传 递 效 率 和 自 身 变
形 不 同 !必 然 引 起 岩 石 内 部 应 力 场 的 不 均 匀 分 布 ! 起 初 微 破 裂 杂 乱 无 章 分 布 !随 着 载 荷 增 加 !微 裂 纹
产生局部应力集中 !导致胶结最弱部位微裂纹产生 "
逐渐在预置裂纹端部集中 !当达到峰值强度 / , U时! 并 逐 渐 汇 集 W贯 通 成 肉 眼 可 见 的 宏 观 裂 纹 !方 向 大 角 S随 着 外 载 荷 的 致与 预 置 裂 纹 垂 直 !与 外 力 成 4 / 5
万方数据
第& L卷
第 4期
黄明利等 $岩石破裂过程的数值模拟研究
e4 f J e
根 据 这 一 准 则 !单 元 的 破 坏 可 能 是 拉 坏 也 可 能 是 剪 坏" # $ # 计算数学模型 % $ % $ & 模型说明 为便于与 本 文 所 进 行 的 带 预 制 裂 纹 大 理 岩 扫 描 电 子显微镜’ 实验结果进行对比’ 见图 & + !设 ( ) *+ 计如图 %所示的计 算模型 !计 算范围 为 % ,--. & , $ , / 0, $ 1 / --!考 虑 大 理 岩 中 颗 粒 的 平 均 粒 径 为 , , , .& , , 2% ,, , ,个 等 面 积 单 元 ! --!共 划 分 为 % & , ,个 3 -- "裂 纹 预 置 在 试 样 的 中 部 !长 为 /--! 与长边夹角为 4 / 5 "采用平面 应力分 析 "为 了研 究 材
T 引
言
验结果比较 C表明了数值计算的可靠性 O
岩体中裂纹的扩展是地学领域的重要研究课题 C 对 于 理 解 井 巷 工 程 稳 定 性 I边 坡 失 稳 和 地 震 等 地 壳 介 质 破 裂 过 程 的 机 制 具 有 重 要 意 义 O几 十 年 来 有 关
! )S V 它的研究取得了长足的进展 U O岩体是由多种矿物
( V + N 一 样U % CJ HW n _ \ K L M 包 括 两 个 方 面 的 功 能 &应 力 + N 分 析和破 坏分析 OJ K L M 的 应力分 析 采 用 有 限 元 法
进 行 O破 坏 分 析 则 是 根 据 一 定 的 破 坏 准 则 来 检 查 材 料 中 是 否 有 单 元 破 坏 O对 破 坏 单 元 则 采 用 刚 度 特 性 退 化$ 处理分离% 和刚度重建$ 处理接触% 的办法进行 处 理 O为 了 模 拟 试 验 机 加 载 情 况 C采 用 位 移 加 载 方 式 O对 于 每 一 步 给 定 的 位 移 增 量 C首 先 进 行 应 力 计 算O 然 后 根 据 破 坏 准 则 来 检 查 模 型 中 是 否 有 破 坏 单 元 O如果没有 C继续增加一个位移增量 C进行下一步 应力计算 O如果有破坏单元 C则根据单元的拉或剪破 坏 状 态 进 行 刚 度 退 化 处 理 O然 后 重 新 进 行 当 前 步 的 应力计算 O重复上述过程 C直到整个材料产生宏观破 坏 O由于单元的破坏为脆性 C因此认为单元破坏释放
质度对材料破坏过程的决定性影响 O 关键词 分类号 非均质性 C单裂纹 C裂纹演化规律 # + Q ! CPE # ’ Q ! P+ 文献标识码 M 文章编号 ! , , , R ’ " ! S $ + , , , % , # R , # ’ ( R , #
在 外 载 作 用 下 的 不 同 破 坏 失 稳 过 程 O并 和 相 关 的 实
+ , , ,年 *月
岩石破裂过程的数值模拟研究 D
C+ CE 黄明利 ! 唐春安 ! 朱万成 E
! 中国科学院力学研究所 F $ GH
北京
! , , , ( , % 沈阳 ! ! , , , ’ %
$
+ 辽宁工程技术大学
阜新
! + E , , , % $
E 东北大学岩石破裂与失稳研究中心
摘要
+ N 考虑不同粒度组成和缺陷分布的岩石 C对其裂纹扩展 I演化过程的影响 C建立数学模型 C应 用 J K L M 程序分 析 了 均 质 度 对 岩 石 类 脆 性 材 料 在 外 载 作 用Baidu Nhomakorabea下 的 裂 纹 扩 展 I演 化 过 程 的 影 响 C和 相 关 的 实 验 结 果 进 行 对 比 C指 出 了 均
! " " (年 ! !月 ! !日收到初稿 C! " " "年 S月 ! "日收到修改稿 O D 中国科学院力学研究所非线性连续介质力学开放实验室开放基金资助项目 O 作者 黄明利 简介 &男 CE ,岁 C博士 C! " " !年毕业于辽宁工程技术大学采矿系采矿工程专业 C现任讲师 C主要从事岩石力学与采矿方面的研究工 作O
’ C* V 的弹性能以声发射的形式释放 U C据声发射特性来
观 察 岩 石 破 裂 过 程 O考 虑 到 岩 石 类 脆 性 材 料 的 抗 拉 强 度 远 小 于 抗 压 强 度 C因 此 本 文 采 用 了 修 正 后 的 库
" V 仑 准则 I包含拉伸 截断 U 作 为单元 破坏的 强度 判据 O
c 数值模拟模型
c h c Q T 岩石破裂过程分析程序 d e f g 概述 + N 本文所用 J K L M 系统 C是一个能模拟岩石介质 ’ C* V 逐渐破坏过程的数值模拟工具 U O和其他已有的逐
晶粒 I胶结物及孔隙缺陷等组成的混合体 C是自然界 中经过亿万年的地质演变和地质构造运动所形成的 最 为 复 杂 的 固 体 材 料 之 一 O岩 石 中 晶 粒 缺 陷 的 随 机 分 布 导 致 其 各 向 异 性 和 非 均 质 性 C这 对 岩 石 在 外 载 作 用 下 的 破 坏 行 为 产 生 显 著 影 响 O岩 石 在 外 载 作 用 下 的 变 形 破 坏 过 程 C实 质 上 就 是 岩 石 中 的 缺 陷 的 萌 生 I长大 I扩展和汇合 的过 程 O裂纹 不 规 则扩 展 I相 互作用直至贯通是这类非均匀脆性材料破坏的主要 形式 O均质度对其破坏的影响是决定性的 O考虑均质 度影响 C用解析方法分析裂纹扩展 I演化影响是极其 复杂的 C在目前来说 C甚至是不可能的 O随着计算机 的发展 C有限元 I边界元等数值算法在材料破坏分析 方 面 的 应 用 越 来 越 广 O而 一 种 岩 石 力 学 的 分 析 方 法 能 否 成 功 地 解 决 实 际 岩 土 工 程 中 的 问 题 C在 很 大 程 度上取决于它是否真实地反映工程岩体所具有的非 均匀性 O 本文应用东北大学岩石破裂与失稳研究中心开
破坏过程时空分布的声发射图 ! Q R表示单岩体试样 S
料 显 著 非 均 质 性 对 裂 纹 扩 展 过 程 的 影 响 !同 时 又 设 计了裂纹两端伸入均质度不同的两岩体模型 !如图 % ’ + !白色表示均质度较好 岩 石 !暗 色表 示 均 质度 较 6 差岩石 " % $ % $ % 力学参数说明 % ; 7 8 9 : 程序以某种分布形式对材料强度和弹性 模量进行初始赋值 "本文采用韦布尔 ’ <= > 6 ? @ @ +分布 A ’ C!D +来近似反映缺陷和晶粒等各微元强度等力 B 学 参 数 的 不 同 "根 据 文 E & , F中 结 论 知 !韦 布 尔 参 量 C 是 材 料 的 结 构 参 数 !它 反 映 了 材 料 结 构 中 缺 陷 分 布 不 规 则 程 度 !在 量 值 上 是 该 材 料 结 构 分 形 维 数 G 的 %倍 "其中参数 C 越大 !表明岩石的性质越均匀 " D为反映岩石材料平均性质的参数 "本模型中 !岩体 力 学 参 数 如 下 H弹 模 I 2 J KL , ,*9 M !N J , B2 & 2, $ % / "均质岩体 C 值取为 & , , !非 *9 M !泊松比 O 均质体取为 1 "为了与试验模型一致 !这里的割缝为 完全贯通的裂纹 !在如图 %所示的受力状态下 !该裂 缝不会闭合 !而将不断地扩展 " 单元破坏准则中的摩擦角取为 1 , 5 !拉压强度比
图 % 计算数学模型
万方数据
$ % *M 8 > X [ \ = -M [ > B M @ -] d = @ ^ ] _B M @ B ? @ M [ > ] a
F. H G F
岩石力学与工程学报
E , , ,年
增加 !主裂 纹逐渐 形成 !由于岩石 的 非 均质 性 影 响 ! 裂纹的扩展和贯通蜿蜒曲折向前推进 !所以从宏观看 上 去 裂 纹 是 粗 糙 的 !但 总 的 发 展 方 向 由 与 割 缝 方 向 垂直逐渐转向与最大主压应力方向平行 " 通过 # 大理 岩和砂岩等’ 试样进行 $ % 对岩石& 细 观 破 坏 观 察 及 数 值 模 拟 结 果 都 表 明 !尽 管 岩 样 所 受 的 是 压 缩 载 荷 !但 岩 样 中 产 生 裂 纹 大 多 呈 拉 张 脆 性破坏 " & ( ’为 了 对 比 不 同 均 质 度 岩 样 对 裂 纹 发 育 过 程 的影响 !设计了两体 模型 !上部为 均 质 度较 差 岩 石 ! *下 端 为 均 质 度 较 好 岩 体 !) 取 + , , "从 图 ( )取 ( 中给出的临近峰值强度时的声发射图可见 !在均 & ’ 质 性 较 差 的 上 部 !除 贯 通 形 成 的 主 裂 纹 外 !其 他 部 位 还 有 杂 乱 分 布 的 微 裂 纹 产 生 !而 在 下 部 则 无 此 现 象 "这就进一步印证了上面的分析结果 " & . ’除 此 以 外 !数 值 模 拟 还 可 以 给 出 裂 纹 扩 展 过程中裂纹周围应力场的变化规律 "如图 .所示 !从 中 可 以 清 楚 地 看 出 裂 纹 尖 端 拉 应 力 的 集 中 !以 及 随 着裂纹扩展 !这种应力集中的释放和转移 " 万方数据
第! "卷
第 #期
岩石力学与工程学报
! " $ # % &# ’ ( )# * !
3 5 8 B C+ , , , . / 0 1 2 1 3 4 5 6 0 7 8 4 9: 4 ; <=1 ; . 7 0 / ; 2 7 0 >? 0 @ / 0 1 1 6 / 0 @ A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A