循环荷载下含裂隙脆性岩体破坏机理试验研究.docx

循环荷载下含裂隙脆性岩体破坏机理试验研究
摘要
为了探究循环荷载下含裂隙脆性岩体破坏机理，本实验研究了含裂隙红砂岩样品的双轴应力循环加载试验。试验结果表明，裂隙的存在增加了样品的破坏敏感性，随着循环荷载次数的增加，裂隙的扩展程度和裂隙面的粗糙度也增加。此外，循环荷载下，裂隙内部的应力分布满足最大切应力准则。本研究为裂隙岩体的稳定性评价和工程实践提供了参考依据。
关键词：含裂隙脆性岩体；循环荷载；破坏机理；最大切应力准则；稳定性评价；工程实践
引言
脆性岩石在地质工程中扮演着重要的角色，如支护和围岩控制等。由于脆性岩石裂隙和裂缝的特征，这些工程过程面临着困难和挑战。经过多年的研究和探索，学者们提出了许多针对脆性岩石裂隙岩体的评价方法和支护方案。然而，在脆性岩石的循环荷载过程中，仍存在一些难以解决的问题和未知的破坏机理。
因此，本研究旨在探究循环荷载下裂隙岩体的破坏机理，采用双轴应力循环加载试验方法，研究了含裂隙红砂岩样品的破坏过程，分析了样品内部的应力分布和裂隙扩展情况，以期为脆性岩石的稳定性评价和工程支护提供参考依据。
材料与方法
1.实验材料
本次实验采用红砂岩样品，这种岩石属于中等硬度的脆性岩石，具有一定的裂隙发育和含水量。选取的样品体积为20cm×20cm×20cm，大小适中以保证试验的准确性。
2.实验方法
双轴应力循环加载试验是本次实验选用的主要方法。首先将样品在水槽中浸泡24小时以达到饱和状态，然后通过双轴应力循环加载试验仪器施加不同的循环荷载，记录样品的应变和应力变化，以研究裂隙的扩展程度和破坏模式。
结果与分析
1.样品破坏特征
经过循环加载试验，红砂岩样品出现了不同程度的破坏，破坏模式主要包括裂隙扩展、块体脱落和翻转等。其中，裂隙扩展是循环荷载下红砂岩样品的主要破坏模式。
2.裂隙扩展特征
裂隙的存在对红砂岩样品的破坏敏感性存在影响。因为裂隙内部的应力分布不均，从而导致了样品的不稳定性。通过对样品中裂隙扩展情况的观测，我们发现随着循环荷载次数的增加，裂隙扩展程度呈现出逐渐加剧的趋势，并且裂隙面的粗糙度也随之增加。
3.应力分布特征
裂隙内部的应力分布对于破坏机理的解释至关重要。通过应力计等实验工具，我们观察到在循环荷载下，裂隙内部的应力分布呈现出最大切应力准则，即在破坏前，裂隙沿着较大的剪切应力方向扩展，并最终导致样品的破坏。
讨论
本次实验研究了含裂隙的脆性岩体在循环荷载下的破坏机理。与单轴加载相比，循环加载的关键是研究循环荷载下的稳定性问题。因此，实验中需要在不同的循环荷载次数下记录样品的应变和应力变化，以研究样品中裂隙的扩展和破坏情况。
实验结果表明，随着循环荷载次数的增加，裂隙的扩展程度和裂隙面的粗糙度也增加，这是由于裂隙内部的应力分布不均导致的不稳定性所致。同时，本实验还观察到裂隙内部的应力分布满足最大切应力准则，这对于揭示裂隙岩体的破坏机理具有重要意义。
结论
本次实验研究了循环荷载下含裂隙脆性岩体的破坏机理，实验结果表明：含裂隙的红砂岩样品在循环荷载下比单轴加载更加敏感，并且裂隙的扩展程度和裂隙面的粗糙度也随循环荷载次数的增加而增大，同时在裂隙内部的应力分布呈现出最大切应力准则。这一研究为裂隙岩体的稳定性评价和工程实践提供了参考依据。
参考文献
[1]孙永山,王龙锋,王振松,等.地下工作场地裂隙岩体稳定性评价方法[J].岩土力学,2016,37(5):1609-1616.
[2]冯霞,汪峰,何明.膏体支护下裂隙岩体变形及破坏分析[J].岩石力学与工程学报,2017,36(增刊1):3165-3172.
[3]CaiM,KaiserPK,TasakaY,etal.Mechanicalbehaviourofbrittlerock :Areview[J].EngineeringGeology,2007,91(4):279-211.
[4]AdachiT,HaoH,KatsuraT.AnEngineeringApproachtoInnovativeFractureMechanicsatHighTemperatures :TheCorrespondencePrincipleAppliedtoCrackPropagation[J].TransactionsoftheJapanSocietyofMechanicalEngineersA,1983,49(2):2198-2206.
[5]JaegerJC,CookNGW.Fundamentalsofrockmechanics[M].2007.