›› 2009, Vol. 30 ›› Issue (11): 3318-3323.

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

自由边界形状与近边界裂纹相互作用模型研究

方恩权1, 2,蔡永昌1,朱合华1   

  1. 1. 同济大学 岩土及地下工程教育部重点实验室 上海 200092;2. 广州市地下铁道总公司建设事业总部, 广州 510380
  • 收稿日期:2008-06-03 出版日期:2009-11-10 发布日期:2010-01-07
  • 作者简介:方恩权,男,1980年生,工学博士,工程师,主要从事岩土及地下结构领域方面的工程建设管理工作
  • 基金资助:

    教育部科学技术研究重点项目(No. 107041)资助,国家自然科学基金资助(No. 40672184)。

Research on interaction model of free boundary shape on crack propagation

FANG En-quan1, 2,CAI Yong-chang1, 2,ZHU He-hua1, 2   

  1. 1. Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2. Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China
  • Received:2008-06-03 Online:2009-11-10 Published:2010-01-07

摘要:

大量的研究表明, 岩爆发生条件与岩石的力学性能有关。岩体中微裂纹的形成、扩展和汇合对岩体的力学性能产生显著影响,可以导致材料的逐渐劣化直至破坏。对于单轴压缩的岩石试件,其破坏型式主要是微裂纹的摩擦滑移、自相似平面扩展和弯折扩展。基于断裂力学机制,对单轴压缩荷载下3种不同边界形状,即直边、凸形、凹形情况下近边界原生斜裂纹的扩展进行了理论研究,并运用FLAC数值模拟技术,建立了基于Interface界面单元的裂纹扩展数值模型。近直边界及凸形边界情况的裂纹扩展使用梁渐近模型来解析薄片岩层的屈曲断裂问题,对于近凹形边界情况给予简化,提出了裂纹-圆-椭圆相互作用的修正模型并进行理论分析。研究结果表明,基于Interface界面单元的裂纹扩展的数值模型正确,解析解与数值解吻合较好,相应的梁渐近模型及裂纹-圆-椭圆模型可以合理地分析应力调整过程中裂纹的扩展和裂纹与不同洞室表面形状的相互作用问题,为岩爆工程及理论研究提出了新的理论依据。

关键词: 岩爆;近边界裂纹;裂纹扩展;单轴压缩, 梁渐近模型;裂纹-圆-椭圆模型

Abstract:

A great many researches show that the rockburst is related to the mechanical properties of rock. The microcracks in rock mass are formed, expanded and converged which have remarkable influences on the mechanical properties of rock. It may bring about material inferiority and failure. For rock samples under uniaxial compression test, its failure forms include friction slippage, self-similar propagation and crankle expansion of microcracks. Based on the fracture mechanism, these mechanisms of crack propagation situated close to the boundary are studied by theoretical methods with considering three different boundary shapes, i.e. straight, convex and concave. Based on “Interface” element of FLAC simulation technology, the direct numerical simulations of crack propagation are proposed and analyzed. When the crack is situated close to the straight and convex boundary, the beam asymptotic model can be employed to find the crack-free surface interaction. A crack-hole-ellipse interaction model is proposed when crack propagation is near a concave boundary using some simplified methods. The expressions for crack propagation near different boundaries are all derived. The results show good agreement between the numerical and theoretical results. The proposed model can analyze the propagating, interaction of crack with free boundary due to stress distributing of surrounding rock, which can provide new basis for rockburst and theoretical research.

Key words: rockburst, crack nearby free boundary, crack propagation, uniaxial compression, beam asymptotic model, crack-hole- ellipse interaction model

中图分类号: 

  • TU 458
[1] 陈子全,何 川,董唯杰,马杲宇,潘旭勇,裴成元,. 北疆侏罗系与白垩系泥质砂岩物理力学特性对比分析及其能量损伤演化机制研究[J]. , 2018, 39(8): 2873-2885.
[2] 冯上鑫,柴军瑞,许增光,覃 源,陈 玺. 基于核磁共振技术研究渗流作用下土石混体细观结构的变化[J]. , 2018, 39(8): 2886-2894.
[3] 刘 镇,周翠英,陆仪启,林振镇, . 软岩水-力耦合的流变损伤多尺度力学试验系统的研制[J]. , 2018, 39(8): 3077-3086.
[4] 纪文栋,张宇亭,王 洋,裴文斌, . 循环单剪下珊瑚钙质砂和普通硅质砂剪切特性对比研究[J]. , 2018, 39(S1): 282-288.
[5] 李 铮,何 川,杨赛舟,杨文波,. 城市隧道动、静水头作用下的渗流模型试验[J]. , 2018, 39(5): 1767-1774.
[6] 陈子全,何 川,吴 迪,甘林卫,徐国文,杨文波. 深埋碳质千枚岩力学特性及其能量损伤演化机制[J]. , 2018, 39(2): 445-456.
[7] 杨文波,陈子全,徐朝阳,晏启祥,何 川,韦 凯, . 盾构隧道与周围土体在列车振动荷载作用下的动力响应特性[J]. , 2018, 39(2): 537-545.
[8] 马旭强,施锡林,尹洪武,杨春和,李银平,马洪岭,. 三轴压缩下含夹层盐岩破坏机制[J]. , 2018, 39(2): 644-650.
[9] 刘海涛,周 辉,胡大伟,张传庆,渠成堃,汤艳春,. 含层理砂岩热膨胀系数的试验研究[J]. , 2017, 38(10): 2841-2846.
[10] 李利平,柳 尚,李术才,石少帅,陈迪杨,周 毅,林 鹏,王健华,刘 聪,. 应力-渗流耦合三轴渗透试验系统研制及其在充填介质渗透特性试验中的应用[J]. , 2017, 38(10): 3053-3061.
[11] 傅鹤林,张加兵,黄 震,黄宏伟,史 越, . 冻融循环作用下板岩弹性参数及单轴抗压强度研究[J]. , 2017, 38(8): 2203-2212.
[12] 钱 琨 ,王新志 ,陈剑文 ,刘鹏君,. 南海岛礁吹填钙质砂渗透特性试验研究[J]. , 2017, 38(6): 1557-1564.
[13] 杨以荣,谢红强,肖明砾,刘建锋,何江达, . 卸荷条件下横观各向同性岩体扩容与能量特性分析[J]. , 2017, 38(6): 1589-1599.
[14] 汪 泓,杨天鸿,刘洪磊,赵永川,邓文学,侯宪港,. 循环荷载下干燥与饱和砂岩力学特性及能量演化[J]. , 2017, 38(6): 1600-1608.
[15] 王 伟 ,李雪浩 ,胡大伟 ,曹亚军 , . 脆性岩石三轴压缩渐裂过程中的渗透性演化规律研究[J]. , 2016, 37(10): 2761-2768.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 黄建华,宋二祥. 大型锚碇基础围护工程冻结帷幕力学性态研究[J]. , 2009, 30(11): 3372 -3378 .
[2] 王观石,李长洪,陈保君,李世海. 应力波在非线性结构面介质中的传播规律[J]. , 2009, 30(12): 3747 -3752 .
[3] 王朝阳,许 强,倪万魁. 原状黄土CT试验中应力-应变关系的研究[J]. , 2010, 31(2): 387 -391 .
[4] 邓 琴,郭明伟,李春光,葛修润. 基于边界元法的边坡矢量和稳定分析[J]. , 2010, 31(6): 1971 -1976 .
[5] 万少石,年廷凯,蒋景彩,栾茂田. 边坡稳定强度折减有限元分析中的若干问题讨论[J]. , 2010, 31(7): 2283 -2288 .
[6] 闫 铁,李 玮,毕雪亮. 基于分形方法的多孔介质有效应力模型研究[J]. , 2010, 31(8): 2625 -2629 .
[7] 徐维生,柴军瑞,陈兴周,孙旭曙. 岩体裂隙网络非线性非立方渗流研究与应用[J]. , 2009, 30(S1): 53 -57 .
[8] 赵尚毅,郑颖人,李安洪,邱文平,唐晓松,徐 俊. 多排埋入式抗滑桩在武隆县政府滑坡中的应用[J]. , 2009, 30(S1): 160 -164 .
[9] 刘振平,贺怀建,朱发华. 基于钻孔数据的三维可视化快速建模技术的研究[J]. , 2009, 30(S1): 260 -266 .
[10] 赵跃堂,林家炜,石 磊. 冲击荷载作用下层裂问题研究[J]. , 2011, 32(S2): 122 -126 .