岩石拉伸剪切变形破坏特征与破坏准则

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拉剪应力状态是岩石破坏的一种复杂应力状态,也是岩石破裂最不利的应力条件,在传统近地表地质工程中,这种应力状态鲜有出现,所以国内外在该领域研究工作有限,还不能充分揭示岩石在拉剪应力条件下的破裂准则和破裂机理。但在当前日新月异的深部地质资源与能源开发过程中,诱发深部岩石破裂来更充分的开采地质资源能源是一种新的开发手段,这种深部岩石破裂需要形成剪切裂缝,破裂过程的应力状态非常复杂,是否是由于拉剪应力状态形成岩石剪切裂缝尚不清楚,有待深入研究。  本文针对目前国内外在岩石拉剪试验技术上的不足与仪器的缺乏,进行了岩石拉伸剪切机构的研制。试验设备可进行循环拉压波动加载岩石剪切蠕变试验,为研究拉伸剪切条件下岩石介质的响应与损伤破裂机制,探索拉剪应力条件下岩石介质损伤破裂过程与演进机制提供基础的实验支撑条件。通过对花岗闪长岩和细砂岩进行大量的单轴压缩试验,三轴压缩试验,劈裂试验,得到了两者的基本力学性质指标。然后在此基础上利用自行研制的岩石拉伸剪切机构对两者进行拉伸剪切试验。分别得到了各自在拉剪区的强度准则。通过将拉剪区和压剪区进行综合分析研究,得到花岗闪长岩的强度准则可以用双直线型莫尔强度准则进行拟合。对于细砂岩来说,结构面的存在对强度准则的影响较大,选用受结构面影响较小部分的拉剪数据与压剪数据进行综合分析,发现同样可以使用双直线性莫尔强度准则进行拟合。利用三维激光扫描技术和SEM技术,分别对花岗闪长岩的拉剪断面进行了扫描分析。通过自行编制的分维程序,分别对三维激光扫描的结果和SEM扫描结果进行了分维计算,发现两者有很好的一致性,岩石断面的分维值随着拉力的增大而增大,及粗糙度增大。通过观察SEM图像并结合前人的研究成果,总结了岩石拉伸剪切的微观断裂方式。通过对花岗闪长岩进行了颗粒流模型的数值试验研究。得到了此种岩石的拉剪变形特点和颗粒的微观运动特征。另外发现随着拉力的增大,拉剪面的微观不规则程度增加及粗糙程度加剧,这与岩石断面分析的结果较吻合。另外剪切速率增加,拉剪面的凹凸程度增大,这与实验室试验的结果很吻合。
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