缓倾层状岩体各向异性力学性能与破裂特征研究

摘要

为研究缓倾层状岩体结构特性对其各向异性力学性能和破裂演化特征的影响，本文考虑不同结构面间距、强度、倾角等结构特征参数及模型尺寸效应，开展缓倾层状砂泥岩多因素影响试验研究.基于颗粒流方法建立缓倾层状岩体数值力学模型，通过室内试验标定了层状砂泥岩参数，并验证了所建立模型的有效性.通过颗粒流数值力学试验，创新性地研究层状岩体结构面的裂纹发育速率，进而揭示缓倾层状砂泥岩强度各向异性及破裂演化特征，确立其力学特性与结构面间距、强度、倾角三个结构特性之间的关系.研究结论：（1）引入的平节理模型（FJM）与光滑节理模型（SJM）建立的离散元力学模型，能表征缓倾层状岩体强度各向异性力学特性与破裂演化过程；（2）缓倾层状岩体切线模量与强度，随层间距和层间强度的增大而增大，随结构面倾角的增大而减小，破裂特征受结构面的影响逐渐增大，基于单组结构面理论计算结构面发生剪切破坏的临界角度为24.5°；（3）结构面裂纹的发育速度，随结构面间距的增大而减小、随结构面倾角的减小而减小，随结构面强度的变化不明显.本文研究结果为缓倾层岩体隧道的力学行为与围岩稳定性研究提供了参考.

关键词

缓倾层状岩体 / 各向异性 / 颗粒流 / 破裂特征 / 平节理模型 / 光滑节理模型