线场分析法在断续周期裂纹岩体拉伸断裂破坏中的优化应用

摘要

背斜核部岩体发育大量拉裂纹,科学解译这一特殊而普遍的地质现象有助于该地区对工程岩体质量的评价、利用并加深对地质灾害演化机制的认识。将位于背斜核部拉应力区的断续裂纹岩体地质模型概化为周期裂纹模型,进一步获取中心裂纹力学模型,引入优化后的线场分析法进行研究。结果表明:裂纹贯通率越高,形状修正系数对裂纹尖端应力强度因子的调增作用越大;应力修正值关于裂纹贯通率具有非线性单调递增特性,关于外荷载呈线性单调递增性质;以灰岩岩体为例,各种理论计算的岩体抗拉强度验证了模型的解是合理的;裂纹半长不变时,岩体抗拉强度随裂纹贯通率增大而降低;裂纹贯通率恒定时,岩体抗拉强度随裂纹半长增加而降低;岩体抗拉强度与裂纹半长的平方根成反比,表现出岩体抗拉强度随裂纹半长线性变化而呈非线性变化规律;裂纹半长介于0.2~2.0 m时,灰岩岩体的抗拉强度均未超过1.0 MPa。经优化后的断裂力学线场分析法更加方便快捷,而岩桥静力平衡因子是求解岩桥应力修正值、岩桥拉应力、应力强度因子、形状修正系数和含中心裂纹岩体抗拉强度等岩体断裂特征参数的关键,研究结果具有一定的理论价值和工程意义。