受弯条件下薄层灰岩的力学响应行为试验研究-岩土力学

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1、第37卷第7期岩土力学Vol.37No.72016年7月RockandSoilMechanicsJul.2016DOI：10.16285/j.rsm.2016.07.009受弯条件下薄层灰岩的力学响应行为试验研究11121周扬一，冯夏庭，徐鼎平，陈东方，李帅军（1.中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，湖北武汉430071；2.东北大学深部金属矿山安全开采教育部重点实验室，辽宁沈阳110819）摘要：鉴于薄层岩体在实际地下工程中经常发生弯折破坏，利用三点弯曲试验对单层灰岩及含弱面灰岩试样进行抗弯性能测试，探究岩层受弯作用时的变形及破坏特征。试验结果表明，薄层灰岩

2、的抗弯性能与层厚密切相关，单宽峰值弯矩及峰值力对应的岩梁挠度随层厚变化规律基本符合材料力学理论公式计算结果。薄层灰岩弯折破裂模式呈现多样化，既有垂直切穿层理的I型裂纹，也有在弱面处发生转折并沿弱面扩展的断续裂纹，以及与层理斜交的复合型裂纹等。理论分析表明，薄层岩体中的裂纹扩展路径主要受层面拉、剪强度（或断裂韧度）与岩石抗拉强度（或断裂韧度）的相对大小控制。利用双模量理论结合弯曲试验求解岩石拉伸模量需要进行迭代计算，拉压模量相差越大，迭代次数越多，收敛值越偏离初值。试验所得规律有助于深入理解薄层岩体弯曲变形特征及弯折破坏机制，并可作为对薄层岩体受弯作用理论及数值计算的有益补充。关键词

3、：薄层岩体；抗弯性能；破裂模式；拉伸模量；三点弯曲试验中图分类号：TU45文献标识码：A文章编号：1000－7598(2016)07－1895－09Experimentalstudyofmechanicalresponseofthin-beddedlimestoneunderbendingconditions11121ZHOUYang-yi，FENGXia-ting，XUDing-ping，CHENDong-fang，LIShuai-jun（1.StateKeyLaboratoryofGeomechanicsandGeotechnicalEngineering,Instituteo

4、fRockandSoilMechanics,ChineseAcademyofSciences,Wuhan,Hubei430071,China;2.KeyLaboratoryofMinistryofEducationonSafeMiningofDeepMetalMines,NortheasternUniversity,Shenyang,Liaoning110819,China）Abstract:Bendingfailuresarecommonphenomenainthin-beddedrockmassduringundergroundconstruction.Inordertoinv

5、estigatedeformationfeatureandfailureprocessofrockunderbendingconditions,three-pointbendingtestswereconductedonsingle-layerlimestonesamplesandbeddedspecimenswithweakplanes.Ourresultsillustratethatacloserelationshipexistsbetweenflexuralcapacityofthespecimenandbedthickness,andthevariationsofthepe

6、akmomentperwidthandthedeflectionatthepeakforcewithspecimenthicknesscanbereasonablypredictedbythebeamtheory.Itisshownthatvariousfracturemodesappearduringtesting,includingmodeIcracksperpendiculartobedding,zigzagcrackswithchangingdirectionatinterfaces(weakplanes),andobliquecracksacrossbedding.The

7、oretically,crackpathsinthin-beddedrockmassaremainlycontrolledbytherelativemagnitudesofstrengths(orfracturetoughness)betweenrocksandinterfaces.Tensilemodulusisobtainedbyiterativelyusingthedoublemodulustheory.Iterationprocessconvergesrela