断续节理对岩体破裂及力学性质的数值模拟研究

"该研究通过颗粒流数值模拟程序，探讨了断续节理对岩体力学性能的影响，重点关注岩桥长度、节理长度和倾角这三个因素。研究发现，岩桥的破坏主要由翼裂纹的扩展引发的拉剪复合破坏造成，整个破裂过程包括翼裂纹扩展、次生裂纹延伸及岩桥贯通。模型表现出蠕变特性和延性破坏。岩桥长度对峰值强度和弹性模量的影响相对较小，而节理长度对岩石力学特性更为敏感。此外，节理倾角的不同导致了岩石试样破裂模式的差异，如0°倾角时未发生岩桥贯通，15°倾角时初裂强度和峰值强度最高。" 在地质工程和岩土力学领域，节理是影响岩石结构稳定性的重要因素之一。断续节理，即不连续的裂缝系统，常常存在于岩石中，它们对岩体的力学性能产生显著影响。本研究利用颗粒流数值模拟方法，这是一种基于离散元法的计算工具，能够模拟复杂地质条件下的岩石行为，尤其是在受力状态下的破裂过程。 首先，研究指出，岩桥的破裂模式主要是由于翼裂纹的扩展引起的拉剪复合破坏。这意味着在受压过程中，岩石内部的节理两侧会形成翼状裂纹，这些裂纹的扩展最终会导致岩桥的断裂。这一过程伴随着明显的蠕变现象，即材料在持续应力作用下缓慢变形，以及延性破坏，意味着岩石在达到破坏前有一定的变形能力。 其次，分析表明，岩桥的长度对峰值强度和弹性模量的影响相对较小。这意味着即使岩桥长度有所变化，岩石的整体强度和刚度变化不大。然而，节理长度的变化对岩石力学特性更为敏感，节理长度增加可能会显著降低岩石的承载能力和稳定性。 此外，节理的倾角对岩石破裂模式有显著影响。当节理倾角为0°时，破裂主要表现为翼裂纹的扩展和次生裂纹的延伸，但岩桥并未完全贯通，这可能使岩石保持一定的完整性。相反，15°倾角的节理可能导致更高的初裂强度和峰值强度，这是因为节理的倾斜角度可能更有利于应力集中，从而引发更强烈的破坏。 这项工作对于理解和预测含有断续节理的岩体在工程应用中的行为具有重要意义，如地下工程、边坡稳定、地质灾害评估等。通过数值模拟，工程师可以更好地预测和控制由于节理引起的岩石破裂，从而提高结构的安全性和耐久性。同时，这些发现也为岩土工程的设计和施工提供了理论依据，有助于优化工程方案，减少潜在的地质风险。