岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (8): 2060-2070.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1833

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

矿物定向排列致各向异性岩石渐进破坏强度特征 ——以黑云母石英片岩为例

包含1，陈志洋1，兰恒星2，裴润生1，伍法权3，晏长根1，陶悦1   

  1. 1. 长安大学 公路学院，陕西 西安 710064；2. 中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101； 3. 绍兴文理学院 土木工程学院，浙江 绍兴 312000
  • 收稿日期:2021-11-01 修回日期:2022-01-24 出版日期:2022-08-11 发布日期:2022-08-17
  • 通讯作者: 伍法权，男，1955年生，博士，研究员，博士生导师，主要从事工程地质与岩体力学的理论与应用研究。E-mail: wufaquan@mail.igcas.ac.cn E-mail:baohangeo@163.com
  • 作者简介:包含，男，1988年生，博士，教授，主要从事岩土工程与地质工程方面的教学与研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金（No. 42177142，No. 41927806，No. 42041006）；西安市科协青年人才托举计划（No. 095920201310）；长安大学中央高校基本科研业务费专项资金（No. 300102212213）

Progressive failure strength characteristics of anisotropic rocks caused by mineral directional arrangement: a case of biotite quartz schist

BAO Han1, CHEN Zhi-yang1, LAN Heng-xing2, PEI Run-sheng1, WU Fa-quan3, YAN Chang-gen1, TAO Yue1   

  1. 1. School of Highway, Chang’an University, Xi’an, Shaanxi 710064, China; 2. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China; 3. School of Civil Engineering, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000, China
  • Received:2021-11-01 Revised:2022-01-24 Online:2022-08-11 Published:2022-08-17
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (42177142, 41927806, 42041006), the Youth Talent Promotion Program of Xi'an Association for Science and Technology(095920201310) and the Fundamental Research Funds for the Central Universities, Chang’an University (300102212213).

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摘要： 为探究矿物定向排列致各向异性岩石的渐进破坏强度特征，以黑云母石英片岩为例，针对含0°、45°、90°3种片理角度的试样开展三轴压缩试验，分析了试样的宏微观破坏特征及渐进破坏力学强度指标，探讨了与其他类型各向异性岩石的差异性。结果表明：岩石的破坏特征与其片理结构密切相关，片理面角度从0°增大到90°，试样的宏微观破裂特征由以张拉为主向剪切为主再向张剪并存为主转变；岩石强度特征值表现出显著的各向异性，随着片理面角度的增大，围压升高所产生的强度特征值增强效应减弱，但强度值变化却呈加速增大趋势；强度特征值比的各向异性变化规律并不明显，在高围压下，强度特征值比的各向异性逐渐减弱乃至消失。矿物定向排列岩石与含层理结构岩石的破坏形式、强度特征值及其比值的表现规律均有所不同，深入了解矿物定向排列岩石的力学特性将有助于指导相关工程实践活动。

关键词: 矿物定向排列, 黑云母石英片岩, 渐进破坏, 强度特征值, 各向异性

Abstract: To explore the strength characteristics of anisotropic rocks caused by mineral directional arrangement during progressive failure process, biotite quartz schist was taken as an example, and triaxial compression tests were carried out on samples with schistosity angles of 0°, 45° and 90°. The macro and micro failure characteristics and progressive failure strength index of the specimens were analyzed, and the differences with other types of anisotropic rock were discussed. The results show that the failure characteristics of biotite quartz schist are closely related to its schistosity. With the schistosity angle increasing from 0° to 90°, the main macro and micro fracture modes of the specimens change from tensile to shear, and then to co-existence of tensile and shear. The strength characteristic values of biotite quartz schist show significant anisotropy. With the increase of schistosity angle, the strengthening effect caused by confining pressure increase on the strength characteristic values weakens, but the change of the strength value has a trend of acceleration. The anisotropic variation law of the ratio of strength characteristic value is not obvious, which gradually weakens and even disappears under high confining pressure. The fracture modes, variations of strength characteristic values and their ratios of anisotropic rocks with directional arrangement of minerals are different from those of rocks with stratified structure. A thorough understanding of the mechanical properties of rocks with directional arrangement of minerals will be helpful to guide the related engineering practice.

Key words: mineral directional arrangement, biotite quartz schist, progressive failure, characteristic value of strength, anisotropy

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[1] 张涛, 徐卫亚, 孟庆祥, 王环玲, 闫龙, 钱坤, . 基于3D打印技术的柱状节理岩体试样 力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 245-254.
[2] 卢应发, 胡鹏, 钟瑶, 张玉芳, 江俊杰, . 基于边坡渐进破坏特征的控制设计 ——以湖北省十堰市布袋营边坡为例[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2277-2286.
[3] 蒋中明, 肖喆臻, 唐栋, 何国富, 许卫, . 基于裂隙渗流效应的水封油库涌水量预测分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1041-1047.
[4] 张虎元, 王赵明, 朱江鸿, 周光平, . 混合型缓冲材料砌块渗透性及其各向异性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 573-581.
[5] 刘洋, 于鹏强, 徐硕. 基于微形态理论的各向异性散体波动分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 635-648.
[6] 宋磊博, 亢倩倩, 杜时贵, 钟振, 王刚, 王兴开, 韩观胜, 赵金帅, . 基于表面微凸体磨损特征演化规律的节 理剪切强度各向异性机制研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2331-2343.
[7] 阙相成, 朱珍德, 牛子豪, 黄浩楠, . 不同截面柱状节理岩体变形及强度各向异性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2416-2426.
[8] 时振昊, 黄茂松, 倪雨萍, . 基于颗粒间应变的饱和黏土小应变各向异性 非线性本构模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1036-1044.
[9] 陈曦, 曾亚武, . 基于Grasselli模型的一个新的岩石节理三维粗糙度指标[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 700-712.
[10] 刘炳恒, 孔令伟, 舒荣军, 李甜果, . 湛江结构性黏土在三维应力下的 力学特性与强度准则[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 3090-3100.
[11] 邹宇雄, 马刚, 李易奥, 陈远, 周伟, 邱焕峰, . 抗转动对颗粒材料组构特性的影响研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2829-2838.
[12] 洪陈杰, 黄曼, 夏才初, 罗战友, 杜时贵, . 岩体结构面各向异性变异系数的尺寸效应研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2098-2109.
[13] 徐杰, 周建, 罗凌晖, 余良贵, . 高岭-蒙脱混合黏土渗透各向异性模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 469-476.
[14] 范运辉, 朱其志, 倪涛, 张坤, 张振南, . 基于弹性张量离散化的脆延转变本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 181-188.
[15] 王伟, 陈国庆, 郑水全, 张广泽, 王栋, . 考虑张拉-剪切渐进破坏的边坡矢量和法研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 468-476.
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[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 .
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