单轴压缩条件下张开裂纹扩展和连接过程的模型试验研究

摘要

裂隙岩体是一种复杂的工程地质体,研究岩体中原生裂隙的启裂、扩展及连接机理对工程建设具有重要的实际意义。在以往的裂隙岩体模型试验研究中,裂隙的几何分布往往布置为单一的共线分布或雁型分布,对其它几何分布的裂隙布置和其张开度的影响研究还不够充分。
　　为实现原始裂纹空间分布的多样化,文中采用三种不同厚度的钢片模拟原始裂纹的张开度,同时试样中第三条裂纹的角度以45°等差变化;并完成裂纹试样的制备与养护。采用MTS压缩试验系统对裂纹试样进行单轴压缩,获得相应的力学数据;并配合HG-100K高速动态分析系统,对裂纹试样压缩过程中宏观图像进行采集,记录下试样中裂纹的动态信息。对试验中的图像信息和力学特性进行分析,主要获得以下成果:
　　⑴本次试验研究中,试样中最常见的启裂模式仍是以翼型裂纹启裂,其次是次生共面裂纹启裂,而次生倾斜裂纹启裂情况出现的最少;但由于裂纹张开度和几何分布的变化,试样中所萌生的裂纹类型、位置以及个数受到较大的影响。
　　⑵对于裂纹试样的连接模式,主要出现的是张拉、剪切和拉剪复合三种连接模式;不同的裂纹张开度和几何分布的影响主要体现在参与连接的预制裂纹数量、连接的位置以及连接的类型;其中次生共面裂纹的连接模式仅在含共线分布的裂纹试样中出现。
　　⑶在张开度相同情况下,无论是含雁型裂纹的试样还是含共线裂纹的试样,其峰值应力均是均呈波浪式变化,且在倾角为45°与135°时表现出极小值,在倾角为135°时呈现出最小值;而峰值应变几乎与峰值应力有一一对应关系。
　　⑷当裂纹倾角β不变时,试样的峰值应力随着裂纹张开度的增大而减小,其峰值应变的变化趋势与对应的峰值应力趋势一致。
　　⑸对裂纹的启裂应力而言,随着裂纹张开度的增大,试样的启裂应力水平越小,也就是越接近其相应的峰值应力;而对于裂纹倾角的变化对启裂应力的影响规律不是很明显。