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试验模拟岩体工程最易发生灾变时的裂隙与剪切方向夹角

2019-12-13

       河北工业大学、重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室的研究人员采用直剪试验方法,模拟开挖卸荷诱发岩体剪切破坏力学机制,得出裂隙与剪切方向的夹角为60°时,试样最容易发生破坏。这项研究以《法向卸荷条件下含单裂隙砂岩剪切强度与皮怀特征试验研究》为题,发表于《岩石力学与工程学报》2019年第7期。黄达教授为论文第一作者。


       工程开挖活动的力学本质是造成岩体应力重分布,诱发岩体某一或多个方向产生应力卸荷。边坡或地下工程开挖过程中,在其破坏之前,岩体应力在垂直于开挖面方向逐渐减小,而在平行于开挖面方向可能增大,这使得岩体更易于剪切破坏(因为法向应力越低,岩体的抗剪强度越小)或张性劈裂破坏。而且岩体内部存在着大量的不同尺度的裂隙及断裂等缺陷,而这些缺陷是控制岩体变形和强度等力学性质的主要内因之一。因此对卸荷条件下裂隙岩体剪切力学行为的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。


       研究人员采用法向应力逐渐卸荷而剪切应力保持恒定的直剪试验方法进行模拟。发现随着裂隙与剪切方向夹角从0°向180°增加,破坏模式依次表现为剪切破坏、张拉破坏、张剪混合破坏及剪切破坏的过渡。


       卸荷过程中法向位移和剪切位移均随初始法向应力的增大逐渐增大,而随初始剪应力的增大均逐渐减小。卸荷过程中法向位移随夹角的增大呈现先减小后增大的变化,而剪切位移对夹角不敏感。破坏时法向应力卸荷量随初始法向应力的增大逐渐增大,随初始剪应力的增大逐渐减小,随夹角的增大先减小后增大,夹角为60°时试样最容易发生破坏。


       最后,研究人员通过对破裂面的应力状态分析,结合完整岩石的法向卸荷抗剪强度和单轴抗拉强度,从力学机制的角度解释了破坏模式随夹角变化的规律。


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  责任编辑:宫在芹
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