结构面特征对截齿侵入破岩影响的数值模拟

摘要

采用离散元软件PFC2D建立了结构面抗剪强度试验模型和截齿侵入模型,从结构面间距、结构面倾角和结构面抗剪强度3方面研究结构面特征对镐型截齿侵入破岩过程的影响。模拟过程记录了侵入力、碎屑体积、裂纹类型、数量和方向等信息,从微观角度解释了结构面特征对裂纹扩展的影响规律。模拟结果发现结构面对岩石裂纹扩展具有阻隔和导向作用,有利于裂纹扩展并形成岩屑;侵入过程首先形成拉裂纹为主的压碎区,无结构面时裂纹以拉破坏向深部扩展,而有结构面时裂纹以剪切破坏形式沿结构面扩展;随结构面间距、结构面倾角的增大,碎屑的形成和裂纹扩展所需侵入力随之增大,而结构面强度对碎屑形成和裂纹扩展方向影响较小,仅影响裂纹沿结构面扩展深度。