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不同倾角单裂隙对非均质岩石失稳演化研究

王婷静

王婷静. 不同倾角单裂隙对非均质岩石失稳演化研究[J]. 岩土工程技术, 2024, 38(5): 539-547. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.05.006
引用本文: 王婷静. 不同倾角单裂隙对非均质岩石失稳演化研究[J]. 岩土工程技术, 2024, 38(5): 539-547. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.05.006
Wang Tingjing. Instability Evolution of Single Fracture with Different Dip Angles on Heterogeneous Rock[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2024, 38(5): 539-547. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.05.006
Citation: Wang Tingjing. Instability Evolution of Single Fracture with Different Dip Angles on Heterogeneous Rock[J]. GEOTECHNICAL ENGINEERING TECHNIQUE, 2024, 38(5): 539-547. doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.05.006

不同倾角单裂隙对非均质岩石失稳演化研究

doi: 10.3969/j.issn.1007-2993.2024.05.006
基金项目: 舟山市科技计划项目(2020C21013);中交集团科技项目(ZJLJGLTJ5A3JSFW2019011)
详细信息
    作者简介:

    王婷静,女,1981年生,汉族,山西太原人,博士,讲师,主要从事道路与桥梁工程研究。E-mail:jianchidada@sina.com

  • 中图分类号: TU452

Instability Evolution of Single Fracture with Different Dip Angles on Heterogeneous Rock

  • 摘要: 岩体中的裂隙对岩石的力学行为、能量演化和失稳破坏有显著影响。为阐明不同倾角单裂隙对岩石能量演化和失稳破坏机理,基于颗粒流PFC2D方法,建立了不同倾角单裂隙砂质泥岩数值模型,模拟了不同倾角单裂隙下砂质泥岩的单轴压缩试验。研究表明,随着单裂隙倾角变大,砂质泥岩的强度与弹性模量先降低后增大,预制裂纹会影响断裂面的裂纹起始位置,并加速断裂面的形成;声发射事件在岩样破坏前存在小范围沉寂期,该特征可作为岩石破坏的前兆判据;随着裂隙倾角的增大,总能量持续增大,弹性能和耗散能呈现先增加后减小的趋势,倾角30°时,岩石试样冲击倾向性最弱,有利于降低冲击地压危险,倾角为90°时,岩石试样冲击倾向性相对最强,不利于冲击地压的防治。

     

  • 图  1  平行黏结模型示意图

    图  2  单轴室内试验与数值模拟对比

    图  3  不同倾角下应力–应变曲线

    图  4  裂隙倾角与峰值应力、峰值应变的关系

    图  5  裂隙倾角与弹性模量的关系

    图  6  不同倾角单裂隙砂质泥岩的声发射事件演化

    图  7  不同倾角单裂隙砂质泥岩裂纹数变化曲线

    图  8  岩石试样内部能量演化关系[23,27]

    图  9  不同倾角单裂隙下岩石试样内部能量演化

    图  10  不同倾角单裂隙下岩石试样的冲击倾向性分析

    图  11  3D中不同倾角单裂隙岩石试样的冲击倾向性分析

    表  1  模型初始物理属性

    颗粒粒径/mm密度/(kg·m-3孔隙比颗粒数nRmax/mm
    0.4~0.626200.156570.6
    下载: 导出CSV

    表  2  数值模型细观参数

    模型参数符号取值
    密度/(kg·m-3$ \rho $2620
    孔隙度$ \varphi $0.1
    颗粒最大粒径/mm$ {R}_{\max } $0.6
    颗粒粒径比$ R_{\text {max }} / R_{\min } $1.5
    弹性模量/GPaE*0.535
    刚度比k*1.5
    摩擦系数$ {\mu} $0.32
    平行黏结有效模量/GPa$ \bar{E}^* $11.5
    平行黏结刚度比$ \bar{k}^{*} $1.5
    法向黏结强度/MPa$ \bar{\sigma}_{c} $2.0
    切向黏结强度/MPa$ \bar{c} $2.71
    摩擦角/(°)$ \bar{\phi} $40
    下载: 导出CSV

    表  3  数值模型细观参数

    峰值应力/MPa峰值应变(×10−3弹性模量/GPa
    文献试验[19]7.486.401.163
    数值模拟值7.656.631.154
    误差2%3%0.7%
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-28
  • 修回日期:  2023-12-20
  • 录用日期:  2024-03-11
  • 网络出版日期:  2024-10-09
  • 刊出日期:  2024-10-09

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