滲流-應力耦合作用下巖石三維裂隙損傷擴展特性研究.pdf

1、裂隙廣泛存在于天然巖體中，大多數(shù)巖體工程失穩(wěn)破壞的根本原因在于裂隙的擴展與損傷演化，因此，有關三維裂隙的研究一直是巖石界的重要課題。本研究采用理論分析、數(shù)值計算和室內(nèi)試驗相結合的方法，系統(tǒng)研究在滲流-應力耦合作用下真實巖石三維裂隙損傷擴展特性。
　　采用雙重介質(zhì)理論，將含裂隙巖體的基體材料視為孔隙-裂隙介質(zhì)，結合滲流理論，建立基巖系統(tǒng)與裂隙系統(tǒng)水力交換特性方程；以斷裂力學與損傷力學為理論基礎，對滲透水壓作用下巖石裂隙的起裂、擴展過

2、程進行力學性質(zhì)研究，推導滲流-應力耦合作用下裂隙臨界滲透壓計算公式；將翼裂紋與原生裂隙簡化成直徑為2L的平面裂紋，建立翼裂紋尖端應力強度因子計算公式。
　　將荷載產(chǎn)生的總應力視為由基質(zhì)骨架和孔隙水共同承受，基質(zhì)骨架的彈性柔度張量與由缺陷引起的附加柔度張量進行疊加，形成裂隙巖體的等效損傷柔度張量；考慮裂隙巖體的初始損傷、損傷演化與翼形裂紋擴展等多種損傷機制，推導不同機制條件下裂隙巖體的柔度張量，建立滲流-應力耦合作用下三維裂隙擴展損

3、傷模型?；贚emaitre應變等效假設，綜合考慮裂隙產(chǎn)生的宏觀缺陷與孔隙產(chǎn)生的細觀缺陷，推導考慮宏細觀缺陷耦合的復合損傷張量。
　　以有限差分軟件FLAC3D為平臺，進行軟件的二次開發(fā)，建立含三維表面單裂隙的試件模型，模擬三維裂隙損傷擴展過程，利用含表面單裂隙真實巖石試件的滲流試驗驗證了模型的準確性。由此可看出，不同角度的裂隙均以翼裂紋率先擴展，反翼裂紋緊隨其后。相較于完整巖石，不同傾角裂隙起裂強度的削弱幅度為18.7％～25.

4、3％，隨預制裂隙傾角的增大，峰值強度折減程度由9.9%增大到13.8%，峰后殘余強度的削弱程度由8.6%增大到13.9%。此外，通過裂隙擴展應力云圖可知，拉剪應力的集中區(qū)是翼裂紋的主要起裂處，而反翼裂紋的擴展則由壓剪應力導致；除翼裂紋和反翼裂紋的擴展之外，裂隙的擴展還出現(xiàn)了與預制裂隙面交叉的剪切裂紋。含不同傾角裂隙試件的破壞模式并不相同，主要有30o裂隙傾角的剪切破壞、45o裂隙傾角的“X”型破壞和60o的倒“Y”型破壞，但試件的破壞均