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节理岩体裂隙扩展研究进展


节理岩体裂隙扩展研究进展 摘要: 论述了节理岩体二维及三维裂隙的研究现状及既有成果,为节理岩体 破坏机理的研究提供了很好的研究基础。 关键词: 节理岩体;二维裂隙;三维裂隙 Abstract: This paper discusses the jointed rock mass, two-dimensional and three-dimensional fracture res

earch present situation and the existing achievements, for jointed rock mass failure mechanism study provides good research foundation. Keywords: jointed rock mass; two-dimensional fracture; fracture 一、节理岩体二维裂隙扩展研究进展 脆性材料的受压破坏模式取决于荷载的类型、 材料的结构和其内部损伤的程 度。裂隙的起裂、扩展直至最后的贯通是脆性岩石材料破坏的主要表现形式。裂 隙缺陷研究最早起源于 20 世纪 20 年代。1913 年,英格里斯(Inglis)最早计算出 了椭圆通孔平板的拉伸应力分布,证明了应力集中现象,但他立足于传统强度理 论范畴,并没有出现较大的突破。而 Griffith 却成了最早获得重要突破的,他在 1920 年对玻璃和陶瓷等构件强度进行相关理论分析和试验研究,通过分析受压 裂纹扩展与应力大小之间的关系,提出了因裂隙扩展导致的材料破坏条件,并且 从能量的观点推导出了物体强度与材料性质及裂隙长度之间的关系表达式 [1]。 Griffith 之后,1949 年,奥罗文对 Griffith 理论进行了修正工作,使得这一理论得 到进一步的发展。1957 年,欧文率先提出应力强度因子概念,使脆性断裂理论 取得重大突破。 到 20 世纪 60 年代, Brace and Bombolacks、 Hoek、 Cook、 McClintock、 Salamon 等学者开始研究受压情况下薄板内预制裂隙的初始扩展以及次生裂纹的扩展状 况,得到了裂纹扩展向最大主应力方向稳定扩展的结论。1966 年,Brace 等提出 二维裂隙滑移开裂模型, 模型认为滑动裂隙端部生成的弯折型张开性裂纹是在压 剪型荷载作用下新裂纹萌生的主要机制, 并根据该模型对岩石破坏前的扩容现象 进行了微观解释。与此同时,该模型只出,受压状态下裂隙的进一步扩展需要附 加荷载连续增长并以维持整个扩展过程,次生裂纹的萌生侧是以突跃方式出现。 20 世纪 70 年代起,二维平面条件下的试验研究开始兴起,这些试验大部分 用含预制倾斜裂隙(pre-existing inclining flaws)的模拟材料来观察裂纹的萌生、 演化以及试件破坏过程。 Nolen-Hoeksema[2] 等人通过试验观测到受压大理岩斜 裂隙尖端的扩展破坏模式, 观察出裂隙的扩展具有非对称性,并得出穿透裂隙在 试件表面的发育能够很好的代表内部情况的结论。Wong T.F.研究了 Weterly 花岗 岩的微观破坏机制,Lajtai 假定岩石的节理为张拉断裂,提出了低围压的应力场 中大多数节理的形成是由于 Griffith 裂纹的拉应力集中的结果。Hudson 和 Priest 等对裂隙岩体进行了几何统计特征的分析研究。 20 世纪 80 年代,室内试验技术和理论水平均有较大提高,在进行更加深入 研究裂隙扩展的试验同时, 逐步开始将试验结果

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