岩體裂紋起裂擴展規律及失穩特性的研究

《岩體裂紋起裂擴展規律及失穩特性的研究》是依託大連理工大學,由楊慶擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：岩體裂紋起裂擴展規律及失穩特性的研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊慶

項目摘要

裂隙岩體內的裂紋破壞機理是裂紋端部應力集中造成岩橋撕拉破壞並逐漸發育貫通形成拉剪折線型破壞模式。壓縮作用下裂紋起裂後並不立即失穩，而是形成新分支裂紋，隨著載荷增大，分支裂紋逐漸擴展貫通，直至岩體破壞。套用斷裂力學方法研究岩體中裂隙起裂後分支裂紋的擴展和貫通，對揭示岩體失穩的漸進破壞機制以及採取合理的加固措施具有重要的指導作用。本研究擬將理論、模型試驗與數值分析相結合，研究分支裂紋的擴展與載荷和初始裂紋幾何特徵的關係，通過分支裂紋擴展失穩規律探討複合型裂紋的失穩判據。研究錨桿(索)的布置對裂紋失穩模式和失穩載荷的影響，探討錨桿(索)的最佳布置方式。對商業軟體ABAQUS進行二次開發實現裂紋的擴展失穩過程及錨桿(索)的加固效應的模擬，並分析錨桿(索)對岩體中裂紋的止裂效果，與試驗結果對比以驗證計算方法的正確性，探究岩體工程中裂紋的破壞貫通、岩體的失穩特性及錨桿(索)的加固止裂機理。

結題摘要

採用大連理工大學岩土工程研究所自主研發的單雙軸試驗壓力機，對含有單裂紋或中心對稱雙裂紋的石膏試件進行單（雙）軸壓縮試驗。試驗表明，翼型裂紋起裂角大多在79°左右，普遍高於理論值70.5°；起裂角跟初始裂紋傾角無關係；起裂荷載和極限荷載數值相差不大，而且初始裂紋角度越大，其擴展荷載越大。通過多組不同的岩橋傾角的試件，比較分析了岩橋傾角對裂紋擴展貫通模式、起裂應力及峰值強度的影響。在單軸壓縮作用下，隨著岩橋傾角β增大，岩橋區域裂紋貫通模式由張拉型逐漸演化為拉剪複合型和剪下型，試件峰值強度逐漸降低。 　　利用擴展有限元法建立數值模型，對壓剪複合斷裂試驗中翼型裂紋擴展過程進行了數值模擬。通過研究發現：翼型裂紋的起裂荷載隨著主裂紋方位角的增大而減小，但隨著翼型裂紋的生長，當翼型裂紋超過一定長度時，方位角較大試件的翼型裂紋擴展荷載大於方位角較小試樣的翼型裂紋擴展荷載。採用SPRING彈簧單元模擬錨固段的錨桿與岩體間的剪下關係，實現單軸壓縮作用下加錨岩體裂紋的起裂擴展過程模擬，分析了錨固距離、錨固角和錨固力等因素對起裂荷載的影響。 　　採用顆粒流軟體PFC2D，利用函式模組追蹤裂紋擴展過程和微裂紋數量，實現了對含有不同岩橋傾角的預製雙裂紋材料在單軸壓縮作用下裂紋擴展貫通過程的模擬，並與室內模型試驗進行對比分析。結果表明，顆粒流程式可以很好地模擬脆性岩石材料在壓剪作用下裂紋的貫通過程。 　　比較了不同權函式的性質與影響域及其隨內部長度因子變化的規律，套用採用不同權函式的非局部理論分析了Ⅰ-Ⅱ型裂紋尖端的應變場，進而分析了應力強度因子KI與KII對非局部各個應變分量的影響。剪下帶方向角是描述材料局部特徵的一個重要參量，討論了彈塑性局部回響行為及其力學方程的解的非唯一性。考慮摩爾-庫倫強度理論中各向同性破壞和粘聚力和內摩擦角的退化作用，得到了剪下帶方向角，並與局部方向角的測量值進行了比較。