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单轴压实验张破坏的机理-非Griffith理论的闭合裂纹模型力分析法解释

张年学  李晓  盛祝平  李守定  赫建明  
【摘要】:单轴压缩实验岩石的宏观破坏通常表现为张破坏、是由岩石中许多微裂纹的破坏发展而成的。本文研究裂纹破裂的初始扩展阶段,研究的裂纹模型两面为闭合接触直线型,面间存在黏聚力,裂纹的内摩擦角与岩石相同。单轴压时裂纹端部发生张破坏(翼形裂纹)是由于裂纹滑动的同时产生的富余下滑力的水平分力拉裂形成;证明裂纹发生富余下滑力的条件是其倾角大于裂纹内摩擦角;最大拉应力发生条件是裂纹倾角α=45°+φ/2,因此首先发生张破坏的是这个倾角的裂纹;所以初始张破坏的发生与裂纹内摩擦角大小有关,存在一个裂纹倾角与内摩擦角的分布范围,只有在此倾角与内摩擦角范围内的裂纹最先发生张破坏。闭合模型与Griffith椭圆模型单轴压结果比较,σ_c/σ_t不是常数8,而是与内摩擦角大小有关,在φ65°的范围,其比值在4~20之间。根据模型推导了裂纹与无裂纹岩石的黏聚力、抗剪强度等公式,对不同力学强度参数比值进行研究,表明抗拉强度小于抗剪强度,裂纹端部一般只能发生张破坏;裂纹黏聚力的大小可用以说明岩石的一些力学性质,提出一个裂纹黏聚力影响系数η,用以评价裂纹黏聚力对岩石平均黏聚力和抗剪强度的影响以及估计裂纹的发育程度和强度。用两个实例检验了闭合模型的分析结果。

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