岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (4): 868-878.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1084

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

红层泥质胶结物干缩裂缝深度与间距预测模型

陈晓斌1, 2，喻昭晟1, 2，周雨晴1, 2，张家生1, 2，钱于3   

  1. 1. 中南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410083；2. 中南大学 重载铁路工程结构教育部重点实验室，湖南 长沙 410075； 3. 南卡罗来纳大学 土木与环境工程系，美国 哥伦比亚 29208
  • 收稿日期:2021-07-17 修回日期:2021-10-09 出版日期:2022-04-15 发布日期:2022-04-15
  • 通讯作者: 周雨晴，女，1995年生，博士研究生，主要从事红层泥岩崩解性质方面的研究。E-mail: zhouyuqing@csu.edu.cn E-mail:chen_xiaobin@csu.edu.cn
  • 作者简介:陈晓斌，男，1978年生，博士，教授，主要从事交通岩土工程领域的粗颗粒土工程性质方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No. 51978674）

Prediction model of desiccation shrinkage fracture depth and spacing of argillaceous cement in red bed mudstone

CHEN Xiao-bin1, 2, YU Zhao-sheng1, 2, ZHOU Yu-qing1, 2, ZHANG Jia-sheng1, 2, QIAN Yu3   

  1. 1. School of Civil Engineering, Central South University, Changsha, Hunan 410083, China; 2. MOE Key Laboratory of Engineering Structures of Heavy Haul Railway, Central South University, Changsha, Hunan 410075, China; 3. Department of Civil and Environmental Engineering, The University of South Carolina, Columbia 29208, America
  • Received:2021-07-17 Revised:2021-10-09 Online:2022-04-15 Published:2022-04-15
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51978674).

PDF (Chinese)

200

摘要： 红层泥质胶结物在干燥条件下会因含水率变化产生开裂，裂缝进一步发展贯通最终导致红层泥岩崩解破坏。目前对红层泥岩崩解机制的研究多为定性描述，缺乏定量分析方法。因此，定量研究红层泥质胶结物开裂的产生及扩展对深化红层泥岩崩解理论研究具有重要意义。基于线弹性断裂力学及非饱和土力学，建立了考虑含水率变化的红层泥质胶结物裂缝深度及间距计算公式，并对公式参数敏感性进行了分析。应用CT试验数据对PFC2D数值模型进行了校准，并基于干缩开裂数值试验结果，对裂缝深度及间距计算公式进行了对比验证。结果表明：提出的计算公式能较好地预测红层泥质胶结物的开裂深度及间距，裂缝深度随含水率减小呈先快速增加再缓慢增长的特点。研究成果有助于加深对红层泥岩崩解的量化理论分析，并为预测工程中红层泥岩的开裂程度提供参考。

关键词: 红层泥质胶结物, 干缩开裂, 断裂力学, 裂缝深度, 裂缝间距

Abstract: Under desiccation conditions, the argillaceous cement of red bed mudstone will crack due to the change of water content, and the cracks will develop further and finally lead to the disintegration of red mudstone. At present, the research on the disintegration mechanism of red mudstone is mostly qualitative description, lack of quantitative analysis method. Therefore, the quantitative study of the occurrence and propagation of the red mudstone argillaceous cement cracking is of great significance to the further theoretical study of the red mudstone disintegration. Based on linear elastic fracture mechanics and unsaturated soil mechanics, a formula that considering water content change was developed to calculate crack depth and spacing of argillaceous cement in red mudstone, and the sensitivity of the formula parameters was analyzed. CT test data were used to calibrate the PFC2D numerical model, and based on the numerical test results of desiccation cracking, the formulas of fracture depth and spacing were compared and verified. The proposed formula can well predict the crack depth and spacing of the red layer argillaceous cement, and the crack depth increases rapidly at first and then slowly with the decrease of water content. The research results are helpful to deepen the quantitative theoretical analysis of red mudstone disintegration and provide reference for predicting the degree of red mudstone cracking in engineering.

Key words: argillaceous cement of red bed mudstone, desiccation cracking, fracture mechanics, crack depth, crack spacing

中图分类号: 

  • TU 411
[1] 刘俊东, 唐朝生, 曾浩, 施斌. 干湿循环条件下黏性土干缩裂隙演化特征[J]. 岩土力学, 2021, 42(10): 2763-2772.
[2] 王海军, 郁舒阳, 汤子璇, 汤雷, 任然, 徐进. 基于3D-ILC含60°内裂纹脆性球体 I-II-III型断裂研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(5): 1573-1582.
[3] 李斌, 黄 达, 马文著, . 层理面特性对砂岩断裂力学行为的影响研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 858-868.
[4] 张志韬, 王海军, 汤雷, 赵初, 李汉章, 苏正洋, . 基于3D-ILC含偏心内裂纹半圆弯拉断裂特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 111-122.
[5] 王瑞, 闫帅, 柏建彪, 常治国, 宋远霸, . 端帮开采下煤柱破坏宽度计算及失稳机制研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3167-3180.
[6] 王海军, 郁舒阳, 任然, 汤雷, 李欣昀, 贾宇, . 基于3D-ILC含内裂纹孔口脆性固体断裂特性试验[J]. 岩土力学, 2019, 40(6): 2200-2212.
[7] 张珂, 王海军, 任然, 汤雷, 郁舒阳, 刘鑫娜, 顾浩, . 基于3D-ILC球体45º三维双内裂纹复合断裂研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4731-4739.
[8] 董卓, 唐世斌, . 基于最大周向应变断裂准则 定向射孔水力裂缝扩展研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(11): 4543-4553.
[9] 刘跃东，林 健，冯彦军，司林坡，. 基于水压致裂法的岩石抗拉强度研究[J]. , 2018, 39(5): 1781-1788.
[10] 郭建春，李 根，周鑫浩，. 页岩气藏缝网压裂裂缝间距优化研究[J]. , 2016, 37(11): 3123-3129.
[11] 袁俊平 ，王启贵 , . 水力劈裂楔劈效应试验研究[J]. , 2015, 36(12): 3360-3364.
[12] 王林峰，陈洪凯，唐红梅. 复杂反倾岩质边坡的稳定性分析方法研究[J]. , 2014, 35(S1): 181-188.
[13] 师 访 ，高 峰 ，杨玉贵 , . 正交各向异性岩体裂纹扩展的扩展有限元方法研究[J]. , 2014, 35(4): 1203-1210.
[14] 陈培帅 ，陈卫忠 ，庄 严 . 基于断裂力学的岩爆破坏形迹两级预测方法研究[J]. , 2013, 34(2): 575-584.
[15] 苗 雨 ，吕加贺 ，张青军 ，金祥月 ，罗 辉 . 含多裂纹沥青路面开裂机制及扩展分析[J]. , 2012, 33(5): 1513-1518.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平，侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵，冯夏庭，陈炳瑞，江 权，张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲，门玉明，彭建兵，黄强兵，刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟，何益斌，刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超，冯夏庭，陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆，齐清兰，魏静，霍倩，周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊，姜永东，鲜学福，罗 云，张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强，杨仕教，任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发