裂隙类型和倾角影响下红砂岩损伤破裂机理研究

作     者：王雄 刘小宇 袁超 马志敏 

作者机构：内蒙古丹蒙得煤业有限责任公司 西安科技大学理学院 

出 版 物：《金属矿山》 (Metal Mine)

年 卷 期：2024年

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(编号:42401163,12472406) 陕西省自然科学基金青年项目(编号:2024JC-YBQN-0273) 陕西省教育厅专项基金项目(编号:23JK0536) 

主　　题：裂隙类型 倾角 力学特性 破坏机制 离散元模拟 

摘      要：岩体失稳通常从裂隙处开始，不同类型裂隙和角度对其破坏特征具有显著影响。通过原岩预制不同裂隙倾角模拟实际岩体的结构效应，拟开展裂隙砂岩三轴压缩和数值模拟试验，研究了张开/闭合裂隙倾角及围压对砂岩力学特性和破坏模式的影响规律。结果表明：①随闭合裂隙倾角增大，岩样峰值应力与弹性模量先减小后增大；随围压增大，闭合裂隙岩体弹性模量与峰值应力均增加。②张开/闭合裂隙砂岩峰值应力与破坏过程产生的微裂纹占比呈正相关，即砂岩承载能力越强破坏过程中产生的微裂纹数量越多，破裂程度越剧烈，表明微裂纹占比可以作为量化模型试样内部损伤程度的重要指标。③垂直加载方向的闭合裂纹压缩后尖端闭合，其尖端应力集中小于砂岩颗粒不均匀性引发的应力集中，进而导致其破坏模式和峰值应力与完整岩样接近；而垂直加载方向的张开裂隙压缩后尖端产生严重拉应力集中，尖端首先产生沿压缩方向扩展的拉伸裂纹，导致其峰值应力较小。上述研究工作揭示了不同倾角下张开/闭合裂隙岩体变形破裂机理，可为裂隙岩体工程灾害防治与安全评价提供理论依据。