›› 2012, Vol. 33 ›› Issue (6): 1801-1815.

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

高渗压条件下压剪岩石裂纹断裂损伤演化机制研究

刘涛影1, 2,曹 平1,章立峰2,赵延林3,范 祥1   

  1. 1. 中南大学 资源与安全工程学院,长沙 410083;2. 华东勘测设计研究院,杭州 310006; 3. 湖南科技大学 能源与安全工程学院,湖南 湘潭 411201
  • 收稿日期:2011-01-12 出版日期:2012-06-11 发布日期:2012-06-14
  • 作者简介:刘涛影,男,1986年生,博士研究生,主要从事岩体断裂力学及多场耦合理论研究。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金资助项目(No. 0972238);中南大学研究生学位论文创新基金专项科研资助项目(No. 010ssxt240)

Study of fracture damage evolution mechanism of compression-shear rock cracks under high seepage pressure

LIU Tao-ying1, 2,CAO Ping1,ZHANG Li-feng2,ZHAO Yan-lin3,FAN Xiang1   

  1. 1. School of Resources and Safety Engineering, Central South University, Changsha 410083, China; 2. Hydro China Huadong Engineering Corporation, Hangzhou 310006, China; 2. School of Energy and Safety Engineering, Hunan University of Science and Technology, Xiangtan, Hunan 411201, China
  • Received:2011-01-12 Online:2012-06-11 Published:2012-06-14

摘要: 探讨了高渗透压作用下压剪岩石裂纹的起裂规律及分支裂纹尖端应力强度因子的演变规律,建立了高渗压下裂隙岩体发生拉剪破坏的临界水压力值和初裂强度判据,分析了不同渗压作用下裂纹的扩展情况表明,渗透压的存在加剧了分支裂纹的扩展,高渗透压作用下分支裂纹扩展由稳定扩展变成不稳定扩展,并导致分支裂纹尖端岩桥剪切破坏,同时考虑分支裂纹的相互作用,建立了高渗透压作用下压剪岩石裂纹体岩桥剪切贯通的断裂破坏力学模型,最后依据裂隙岩体的损伤力学效应研究了岩体的初始损伤及损伤演化柔度张量,提出了高渗压下压剪岩石裂纹渐进破坏的损伤演化方程。该理论为定量研究高渗压下裂隙岩体的失稳破坏提供了理论依据。

关键词: 高渗压, 应力强度因子, 裂纹扩展, 断裂损伤准则, 损伤演化方程

Abstract: Initial cracking law and evolution law of stress intensity factor at the tip of the branch crack of compression-shear fractured rock under high seepage pressure are discussed. The critical water pressure value and the initial cracking intensity criterion of the fractured rock mass under high seepage pressure are established when tension-shear failure occurs. The cracking characteristics under different water pressures indicate that the existence of osmotic pressure aggravates the growth of branch crack; and the branch crack propagation under high osmotic pressure will convent from stable expansion to unstable expansion and cause the shear failure of the crag bridge at the branch crack tip; simultaneously the branch crack interaction is considered, the crag bridge?s cutting penetration damage mechanical model of the compression-shear rock under the high seepage pressure is established. Finally, the flexibility tensor of the rock mass? initial damage and its damage evolution based on damage mechanical effect of fractured rock are studied. Then a damage evolution equation of fractured rock under high seepage pressure is proposed. The theory provides the basis for the quantitative investigation about the compression-shear destruction of fractured rock under high seepage pressure.

Key words: high seepage pressure, stress intensity factor, crack propagation, damage and fracture criterion, damage evolution equation

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[1] 张国凯, 李海波, 王明洋, 李晓锋, . 基于声学测试和摄像技术的单裂隙岩石 裂纹扩展特征研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 63-72.
[2] 张传庆, 刘振江, 张春生, 周辉, 高阳, 侯靖, . 隐晶质玄武岩破裂演化及破坏特征试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(7): 2487-2496.
[3] 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.
[4] 杨石扣, 张继勋, 任旭华, . 基于改进数值流形法的接触裂纹问题研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 2016-2021.
[5] 张 波, 李 垚, 杨学英, 朱飘扬, 朱春帝, 刘子豪, 刘文杰, 罗志恒, . 一种用于水压致裂试验的水压供给装置研制及应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(5): 2022-2028.
[6] 丛 怡, 丛 宇, 张黎明, 贾乐鑫, 王在泉, . 大理岩加、卸荷破坏过程的三维颗粒流模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(3): 1179-1186.
[7] 王登科, 孙刘涛, 魏建平, . 温度冲击下煤的微观结构变化与断裂机制[J]. 岩土力学, 2019, 40(2): 529-538.
[8] 李铮, 郭德平, 周小平, 王允腾, . 模拟岩石中裂纹扩展连接的近场动力学方法[J]. 岩土力学, 2019, 40(12): 4711-4721.
[9] 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.
[10] 马鹏飞, 李树忱, 周慧颖, 赵世森. 岩石材料裂纹扩展的改进近场动力学方法模拟[J]. 岩土力学, 2019, 40(10): 4111-4119.
[11] 王桂林, 梁再勇, 张 亮, 孙 帆, . Z型裂隙对砂岩强度和破裂行为影响机制研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 389-397.
[12] 伍天华, 周 喻, 王 莉, 孙金海, 赵 欢, 孙 铮, . 单轴压缩条件下岩石孔-隙相互作用机制细观研究[J]. 岩土力学, 2018, 39(S2): 463-472.
[13] 杨石扣,张继勋,任旭华,. 基于数值流形法的三维裂纹扩展研究[J]. , 2018, 39(S1): 488-494.
[14] 杨石扣,任旭华,张继勋,. 基于数值流形法的重力坝水力劈裂研究[J]. , 2018, 39(8): 3055-3060.
[15] 徐文彬,曹培旺,程世康,. 不同偏置裂纹充填体断裂特性试验[J]. , 2018, 39(5): 1643-1652.
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[1] 魏 丽,柴寿喜,蔡宏洲,王晓燕,李 敏,石 茜. 麦秸秆加筋材料抗拉性能的实验研究[J]. , 2010, 31(1): 128 -132 .
[2] 黄庆享,张 沛,董爱菊. 浅埋煤层地表厚砂土层“拱梁”结构模型研究[J]. , 2009, 30(9): 2722 -2726 .
[3] 荆志东,刘俊新. 红层泥岩半刚性基床结构动态变形试验研究[J]. , 2010, 31(7): 2116 -2121 .
[4] 刘争宏,廖燕宏,张玉守. 罗安达砂物理力学性质初探[J]. , 2010, 31(S1): 121 -126 .
[5] 雷金波,陈从新. 基于双曲线模型的带帽刚性桩复合地基荷载传递机制研究[J]. , 2010, 31(11): 3385 -3391 .
[6] 王登科,刘 建,尹光志,韦立德. 突出危险煤渗透性变化的影响因素探讨[J]. , 2010, 31(11): 3469 -3474 .
[7] 张成平,张顶立,骆建军,王梦恕,吴介普. 地铁车站下穿既有线隧道施工中的远程监测系统[J]. , 2009, 30(6): 1861 -1866 .
[8] 王 军,曹 平,李江腾,刘业科. 降雨入渗对流变介质隧道边坡稳定性的分析[J]. , 2009, 30(7): 2158 -2162 .
[9] 张 渊,万志军,康建荣3,赵阳升. 温度、三轴应力条件下砂岩渗透率阶段特征分析[J]. , 2011, 32(3): 677 -683 .
[10] 唐世斌,唐春安,李连崇,张永彬. 湿度扩散诱发的隧洞时效变形数值模拟研究[J]. , 2011, 32(S1): 697 -0703 .