劈裂荷载下孔隙岩石应力分布特征与裂纹扩展行为

杨永明¹，鞠杨^2,3，陈佳亮¹

1. 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院2. 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室3. 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室

摘 要：基于天然岩石孔隙结构重构模型,运用数值方法开展了不同孔隙率的圆盘劈裂数值模拟实验,研究了劈裂拉伸过程中孔隙岩石的裂纹扩展行为,从应力角度探讨了孔隙率对岩石裂纹扩展行为的影响;同时利用模型材料制作了不同孔隙率的孔隙岩石物理模型,开展了物理模型的劈裂实验,将实验结果和数值模拟结果进行比较,验证了数值模拟结果的有效性。经研究发现:在保持孔隙分布特征不变的条件下,孔隙率对圆盘劈裂破坏时的应力分布特征及裂纹扩展行为有显著的影响,随着孔隙率的增大,应力分布的对称性逐渐消失,最大拉应力值出现在远离对称轴孔隙密集的地方,且随着孔隙率的增加呈指数递减趋势。孔隙圆盘的破坏形式逐渐从单一劈拉破坏转变为劈拉和剪切破坏共存,导致最终破坏时形成多条开裂裂纹贯通圆盘。

关键词：岩石;孔隙结构;应力分布;裂纹扩展;数值分析;