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侧向点扰动下高应力岩石的破坏机制研究
摘要：
高应力岩石在地质工程中广泛应用，其破坏机制受到地震、挤压、剪切、水化等多种复杂因素的影响。本文以侧向点扰动作为主要影响因素，对高应力岩石的破坏机制进行了研究。通过模拟实验和数值模拟得出，在侧向点扰动作用下，高应力岩石会产生剪切破裂，随着侧向点扰动的增大，破裂面的数量和长度逐渐增加。此外，侧向点扰动的作用还会引起岩石内部的应力变化，导致裂纹扩展、岩石破坏和岩层位移，最终影响岩石稳定性。因此，在工程实践中应该充分考虑侧向点扰动对高应力岩石的影响，合理设计岩石支护结构。
关键词：高应力岩石；侧向点扰动；破坏机制；岩石支护
一、前言
高应力场是指岩石内部受到较大的应力作用，如地质构造变形、地震、工程挤压等。高应力场的存在往往会导致岩石破坏和岩层变形。岩石破坏是指岩石在受到一定应力作用下失去完整性并丧失承载能力的过程。岩石破坏过程中，裂缝的产生和扩展是关键因素之一，在工程实践中应该充分考虑岩石的破坏机制和裂缝演化规律，以合理设计岩石支护结构。
二、研究方法
本文主要采用模拟实验和数值模拟的方法，研究高应力岩石在侧向点扰动下的破坏机制。
1.模拟实验
模拟实验使用HVSH-3000M型高应力岩石力学性能测试系统进行，实验岩石样品为直径为50mm、高度为100mm的花岗岩试样。实验过程中，样品表面贴有方形胶片，用于记录应变变化。在岩石样品中央部位，用钻头钻出一个直径为5mm的小孔，并在其中嵌入一根直径为3mm的钢针。然后在岩石表面以1mm/min的速度施加一定的拉应力，同时，在岩石表面水平方向向外施加一定的侧向点扰动，并记录岩石试样的应变变化和裂纹扩展情况。
2.数值模拟
采用Fluent软件进行数值模拟，建立三维岩石模型，并将侧向点扰动作为边界条件加入模型中。在求解过程中，采用ANSYS自适应网格划分技术，计算出岩石样品的应力、应变、剪切破裂等参数，分析侧向点扰动对岩石样品的影响。
三、实验结果与分析
实验结果显示，在侧向点扰动作用下，岩石内部应力的分布发生了变化，产生了明显的剪切破裂。随着侧向点扰动的增加，破裂面的数量和长度逐渐增加，在实验过程中，破裂面的数量从一个逐渐增加到多个，同时，在破裂面的位置上也会产生大量的岩屑。
数值模拟结果表明，侧向点扰动能够引起岩石内部的应力变化，造成岩石试样失稳，并产生不同大小和方向的裂缝。裂缝的产生和扩展主要受到应力状态、侧向点扰动大小和岩石内部裂隙的分布等因素的影响。
四、结论及意义
通过模拟实验和数值模拟的研究，得出侧向点扰动引起岩石剪切破裂的结论，并发现侧向点扰动对岩石内部应力的影响较大，是岩石破坏的重要因素之一。因此，在工程实践中应该充分考虑侧向点扰动对岩石的影响，并合理设计岩石支护结构，以保证工程的安全和稳定。