三点弯曲条件下薄层状岩体单层厚度对裂纹扩展路径的影响

摘要

为了揭示薄层状岩体单层厚度对裂纹扩展路径的影响,利用ABAQUS软件进行数值模拟,对含预制裂纹的不同单层厚度的层状岩体进行三点弯曲数值试验,岩体试样长度和宽度一定(512 mm×128 mm),分5种不同的单层厚度建模,单层厚度分别为:64 mm、32 mm、16 mm、8 mm、4 mm.提取破裂过程中的声发射信息及主裂纹路径参数,对比分析不同层理厚度时,岩体的峰值载荷、声发射事件数、累计声发射事件数、主裂纹长度等对单层厚度的变化规律.研究结果表明:(1)薄层状岩体的强度与单层厚度有一定关系,单层厚度越大,岩体的抗弯强度越小,并且这种变化是非线性的.(2)在不同层厚条件下,层理面均表现出了阻止裂纹向上扩展的效果.同时,裂纹在层状岩体中的扩展是不连续的,裂尖沿层理面发生了水平迁移,整体呈现阶梯状.(3)在三点弯曲条件下,随着单层厚度的减小,岩体破裂时的裂纹总长度先增大后减小.(4)裂纹在岩体层面扩展时破裂类型多为滑移与拉张破裂的组合,而在非层理面的岩体内部扩展时,以拉张破裂为主.(5)薄层状岩体在三点弯曲条件下,声发射事件在岩体的压密阶段几乎没有出现,直至接近峰值载荷时才大量涌现.到了载荷快速下降时,单位时间的声发射事件数也达到最大.研究结果将对预测层状岩石的裂缝演化提供依据.