岩石中三维单裂隙扩展过程的试验研究和数值模拟

自然岩体内部断续结构面的产状差异导致裂隙间岩桥破裂贯通成为一个复杂的三维岩石力学问题。为了探究裂隙的走向差异与尺寸效应对岩体力学行为的影响,开展了不同裂隙延伸尺寸下含走向异面断续裂隙类岩石材料的单轴压缩试验,结合CT扫描技术,分析了岩石走向差异角和尺寸效应对裂隙岩体破坏模式、岩桥贯通机制及力学特性的影响。研究表明：试样岩桥以外的端部主要由翼裂纹或反翼裂纹沿着荷载的方向扩展而引起破裂,岩桥区域的破裂模式受裂隙延伸尺寸和走向差异角综合影响,裂隙延伸尺寸的增加会使岩桥区域受拉因素变多,走向差异角在很大程度上减小岩桥的贯通率,并使岩桥区域贯通面的翘曲程度增大。
随着裂隙延伸方向尺寸的增大,试样的峰值强度和弹性模量会随之减小然后趋于平缓,但是当裂隙增加了走向差异角后,峰值强度与弹性模量的变化规律更加复杂。走向差异角与裂隙延伸共同造成试样的整体三维不对称性,进一步影响了试样的峰值强度、弹性模量以及塑性。研究成果可为岩桥控制型复杂裂隙岩体工程的破坏机制和稳定性评价提供理论支撑。