深埋大理岩三轴压缩渐进破坏裂纹扩展特征

摘要

为深入研究深埋大理岩渐进变形破坏过程中的裂纹扩展特征，基于常规三轴室内试验完成数值模拟参数标定，利用PFC^3D颗粒流模型对深埋大理岩开展25、50、80 MPa 3种不同围压下的裂纹扩展数值模拟试验，根据大理岩加载过程中微裂纹演化状态参数定义3种特征应力，并据此开展深埋大理岩渐进破坏过程中的宏、细观破坏特征及其对应裂纹扩展特征的规律研究。结果表明：1)室内试验与数值模拟的应力–应变曲线吻合较好，峰值应力相差较小，破坏形式与室内试验一致，故数值模拟参数标定合理。2)依据总裂纹、张拉裂纹和剪切裂纹扩展数量演化曲线斜率变化规律，将深埋大理岩渐进破坏过程划分为弹性压缩阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹加速扩展阶段和峰后残余阶段4个阶段，并根据裂纹数量定义3个特征应力点。3)随着围压的增加，深埋大理岩达到起裂应力σ_ci时，裂纹从两端开始萌发；加载至损伤应力σ_cd点时，裂纹向中间扩展；达到峰值应力σ_c点时，在宏观破坏面附近扩展、增生；加载至峰值点后70%峰值应力点时，最终形成以剪切破坏为主的贯通宏观破坏面。4)随着围压的增加，裂纹出现的范围更广，贯通性减弱，峰值应力σ_c点处产生的裂纹对宏观破坏产生的影响更为剧烈，峰后残余阶段张拉裂纹发育更明显。5)加载前期，围压的增长对裂纹数量增长促进作用更强；加载后期促进作用减弱；最终裂纹扩展形成的实际宏观破坏角度大约为210°。

关键词

深埋大理岩 / 围压 / 裂纹扩展 / 渐进破坏 / 细观破坏特征