风化作用下层状板岩Ⅰ型断裂特性试验研究

摘要

以甘肃岷县在建木寨岭隧道层状炭质板岩为研究对象,首先对即时烘干试样(试样加工完成后立即用烘箱烘干)和静置风化(加工后室内常温通风放置60 d)试样开展巴西劈裂试验,然后,对静置风化试样开展直缝半圆盘(SCB)试样三点弯试验,系统研究层状炭质板岩抗拉强度及其I型断裂特性。研究结果表明:即时烘干和静置风化炭质板岩试样抗拉强度均与层理关系密切,且受水−岩及风化综合作用,其抗拉力学性质显著劣化;不同层理倾角下静置风化炭质板岩SCB试验荷载−位移曲线形式具有一定相似性,均呈现出压密→近线弹性→塑性弱屈服→瞬时破坏跌落的发展过程;当层理倾角为0°,30°,45°,60°和90°时,试样断裂韧度随倾角增大而逐渐减小,依次为0.168,0.137,0.121,0.116和0.097 MPa·m^(1/2),而在divider状态下试样断裂韧度陡增至最大即0.195 MPa·m^(1/2),体现了层理、水−岩及风化作用对炭质板岩张拉断裂特性的显著影响;各组SCB试样均从直缝尖端起裂但其扩展路径因受层理影响而存在显著差异;根据试验数据拟合所得断裂韧度经验公式的可决系数R2为0.97,说明该公式可用于预测板岩等层状岩相关断裂参数及指导工程实践。