节理特征对含U形孔岩石断裂特性的影响

张立成; 高伟; 杨顶; 姜胜强

doi:10.13715/j.issn.2096-644X.20241218.0004

湘潭大学学报（自然科学版） ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (6) : 98 -111. DOI: 10.13715/j.issn.2096-644X.20241218.0004

节理特征对含U形孔岩石断裂特性的影响

张立成, 高伟, 杨顶, 姜胜强

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摘要

U形结构在隧道开挖过程中得到了广泛应用，含节理岩体的损伤演化可能引发地质工程灾害.因此，研究孔洞-节理协同作用下的岩体断裂失效机理，对于地下岩石施工具有重要的理论指导意义和借鉴价值.该文采用内聚力方法建立红砂岩有限元模型，进行单轴压缩仿真，模拟结果与实验结果吻合良好：两者抗压强度和破坏模式基本一致，验证了模型的有效性.基于上述验证模型，构建岩石节理，研究了节理倾角、节理长度和节理间距对含孔洞岩石断裂特征的影响，结果表明：当节理倾角从0°增大至90°,岩石压缩强度和等效杨氏模量先减小后增大，在30°时最小，90°时最大.当节理倾角从15°增大至90°,岩石从拉伸破坏向剪切破坏转变；当节理长度增大，抗压强度和等效杨氏模量减小，且节理越长，岩石中拉伸裂纹越多；剪切裂纹随节理间距的增加而增加.本研究揭示了节理参数对含U形孔洞岩体断裂行为的影响规律，为深埋隧道工程中节理岩体的稳定性评估与灾害防控设计提供了依据.