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作者：张洁;冯国瑞;郭军;文晓泽;冯文明;张旭;张亮;DIAS Daniel;
单位：太原理工大学矿业工程学院;太原理工大学矿山岩层控制及灾害防控山西省重点实验室;CNRS DCM UMR 5250,University of Grenoble Alpes;
摘要：为探究裂隙岩体在扰动作用下的剪切力学行为和细观演化特征,开展了恒定作用下裂隙砂岩的直剪试验,采用PFC~(2D)建立了不同裂隙角度离散元模型,分析了法向恒定和扰动作用下试样的剪切强度和破坏特征;基于剪切过程中细观演化规律,揭示了扰动作用下裂隙砂岩的裂纹扩展规律和能量耗散机理。研究结果表明:(1)预制裂隙使岩石剪切强度显著降低,两种加载模式下不同裂隙角度的剪切强度降幅分别为9.79%～20.28%和11.12%～16.78%;随着裂隙角度增加,应力–应变曲线斜率降低,剪切强度和峰值位移呈现出先增大后减小的趋势,具有明显的角度效应,剪切强度与裂隙角度成三次函数关系;法向扰动削弱了角度效应的影响,使岩石抵抗剪切变形的能力减弱,破坏提前。(2)在剪切过程中,岩石内部力链呈现出与荷载方向一致的演化趋势,微裂纹主要从试样两端和预制裂隙两端萌生和发育;微裂纹倾角主要分布在20°～80°,破坏后剪切裂纹占比为78%～81%,扰动作用使该过程中产生的各类裂纹增多,起裂位移减小,剪切裂纹占比增大。(3)AE振铃计数的发展可分为平静期、缓增期、爆发期和稳定期,扰动作用下“平静期”较短,且在“缓增期”呈现出阶梯性增长趋势。(4)扰动作用下的剪切试验,试样失效点的总能量较低;直至试样破坏,大部分输入能都以弹性应变能的形式储存在试样中,且在扰动作用下的弹性能显著低于恒定作用下的,降幅达到9.87%～13.94%;扰动使试样储能能力降低,耗散能增加,更容易产生裂纹从而破坏。
关键词：裂隙岩体;法向扰动;剪切特性;细观演化;能量耗散
基金资助：国家杰出青年科学基金资助项目(51925402); 国家自然科学基金重点资助项目(52334005); 山西省科技重大专项资助项目(20201102004)
