拉剪应力状态下岩体裂隙扩展的断裂力学机制及物理模型试验

›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (4): 997-1002.

拉剪应力状态下岩体裂隙扩展的断裂力学机制及物理模型试验

黄达^{1, 2, 3}，金华辉¹，黄润秋³

1. 重庆大学土木工程学院，重庆 400045；2. 重庆大学教育部山地城市建设与新技术重点实验室，重庆 400045； 3. 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，成都 610059

收稿日期:2009-12-24 出版日期:2011-04-10 发布日期:2011-04-29
作者简介:黄达，男，1976年生，副教授，博士，主要从事岩土工程和工程地质方面的教学与科研工作
基金资助:
国家自然科学基金青年科学基金（No. 40902078）；教育部博士点新教师基金（No. 200806111012）；中国博士后科学基金（No. 20080440703, No. 201003315）；地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室开放基金（No. GZ2007-13）。

Mechanism of fracture mechanics and physical model test of rocks crack expanding under tension-shear stress

HUANG Da1, 2, 3，JIN Hua-hui1，HUANG Run-qiu3

1. College of Civil Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 2. Key Laboratory for Construction & New Technique of Upland City, Ministry of Education, Chongqing University, Chongqing 400045, China; 3. State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China

Received:2009-12-24 Online:2011-04-10 Published:2011-04-29

摘要/Abstract

摘要：

开挖卸荷岩体裂隙面通常处于拉剪应力状态。在裂隙应力和变形状态分析的基础上，采用线弹性断裂力学理论和物理模型试验研究了拉剪应力状态下裂隙扩展的力学机制。岩体裂隙在拉剪应力状态下沿裂隙面间的滑动抗剪摩擦力消失，裂隙起裂沿Ⅰ型张拉裂隙断裂韧度KⅠ最小的方向起裂，并最终发展与卸荷拉应力方向垂直；拉剪应力状态下岩体的总位移方向平行于拉应力方向，通过合理的位移假设，基于能量及线弹性断裂力学理论，求解了拉剪应力状态下分支裂隙扩展过程中尖端的动态应力强度因子和扩展长度判据；通过拉剪应力状态下单裂隙扩展物理模型试验验证了理论推导的正确性。

关键词: 岩石力学, 断裂力学, 拉剪应力状态, 岩体裂隙扩展, 动态应力强度因子

Abstract:

The rocks cracks are in tension-shear stress state when excavated and unloading. Based on the analysis of stress and deformation for the crack in tension-shear sress state, the mechanism of its expanding is studied by linear elastic fracture mechanics theory and physical model test. The researches show that the frictional force along crack plane is vanished when cracks are in tension-shear stress state; the cracks expanding is started up in the direction of the fracture toughness KI of mode I tensile crack being minimal, and ultimately perpendicular to tension stress. The total displacement is parallel to tension stress under tension-shear stress state, the dynamic stress intensity factor of branching cracks tip in the process of expanding and its expanding length are solved based on energy and linear elastic fracture mechanics theory on the logical displacement hypothesis. The theory results are examined and certified by physical model experiment of some single crack under tension-shear stress.

Key words: rock mechanics, fracture mechanics, tension-shear stress state, rocks crack expanding, dynamic stress intensity factor

中图分类号:

TU 452

黄达，金华辉，黄润秋. 拉剪应力状态下岩体裂隙扩展的断裂力学机制及物理模型试验[J]. , 2011, 32(4): 997-1002.

HUANG Da，JIN Hua-hui，HUANG Run-qiu. Mechanism of fracture mechanics and physical model test of rocks crack expanding under tension-shear stress[J]. , 2011, 32(4): 997-1002.

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