滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石三維裂隙損傷擴(kuò)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(kuò)展與損傷演化，因此，有關(guān)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(jì)算和室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的方法，系統(tǒng)研究在滲流-應(yīng)力耦合作用下真實(shí)巖石三維裂隙損傷擴(kuò)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(jié)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(xué)與損傷力學(xué)為理論基礎(chǔ)，對(duì)滲透水壓作用下巖石裂隙的起裂、擴(kuò)展過(guò)

2、程進(jìn)行力學(xué)性質(zhì)研究，推導(dǎo)滲流-應(yīng)力耦合作用下裂隙臨界滲透壓計(jì)算公式；將翼裂紋與原生裂隙簡(jiǎn)化成直徑為2L的平面裂紋，建立翼裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算公式。
　　將荷載產(chǎn)生的總應(yīng)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(jìn)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(kuò)展等多種損傷機(jī)制，推導(dǎo)不同機(jī)制條件下裂隙巖體的柔度張量，建立滲流-應(yīng)力耦合作用下三維裂隙擴(kuò)展損

3、傷模型?；贚emaitre應(yīng)變等效假設(shè)，綜合考慮裂隙產(chǎn)生的宏觀缺陷與孔隙產(chǎn)生的細(xì)觀缺陷，推導(dǎo)考慮宏細(xì)觀缺陷耦合的復(fù)合損傷張量。
　　以有限差分軟件FLAC3D為平臺(tái)，進(jìn)行軟件的二次開(kāi)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(kuò)展過(guò)程，利用含表面單裂隙真實(shí)巖石試件的滲流試驗(yàn)驗(yàn)證了模型的準(zhǔn)確性。由此可看出，不同角度的裂隙均以翼裂紋率先擴(kuò)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(qiáng)度的削弱幅度為18.7％～25.

4、3％，隨預(yù)制裂隙傾角的增大，峰值強(qiáng)度折減程度由9.9%增大到13.8%，峰后殘余強(qiáng)度的削弱程度由8.6%增大到13.9%。此外，通過(guò)裂隙擴(kuò)展應(yīng)力云圖可知，拉剪應(yīng)力的集中區(qū)是翼裂紋的主要起裂處，而反翼裂紋的擴(kuò)展則由壓剪應(yīng)力導(dǎo)致；除翼裂紋和反翼裂紋的擴(kuò)展之外，裂隙的擴(kuò)展還出現(xiàn)了與預(yù)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