利用多种相似材料模拟分区破裂现象的试验研究

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1、第22卷第3期水资源与水工程学报Vol．22No．32011年6月JournalofWaterResources＆WaterEngineeringJun．，2011利用多种相似材料模拟分区破裂现象的试验研究张智慧，王学滨，潘一山(辽宁工程技术大学力学与工程学院，辽宁阜新123000)摘要:为了解分区破裂现象发生时内部裂纹的分布和沿巷道轴向的变化规律，以及这一现象容易在什么样的(岩石)材料中发生，利用4种不同的材料制作了模型，观测了钢桶模型内部裂纹的分布规律及沿轴向的变化规律。研究发现三个试验中出现了螺旋线，一个出现了“梯田”形的变形破坏特征。关键词:分

2、区破裂化;相似材料;裂纹分布规律;梯田形变形;螺旋线中图分类号:TV313`文献标识码:A文章编号:1672-643X(2011)03-0022-03Experimentonutilizingmulti-kindsofsimilarmaterialstosimulatezonaldisintegrationphenomenonZHANGZhihui，WANGXuebin，PANYishan(CollegeofMechanicsandEngineering，LiaoningTechnicalUniversity，Fuxin123000，China)Abs

3、tract:Fourkindsofsimilarmaterialswereusedtoestablishfourbarrelmodelsinordertofindthecrackdistributionalongthetunnelaxialdirectionandtheinfluenceofmaterialpropertiesonthezonaldis-integrationphenomenon．Itwasfoundthatspirallineappearedinthreetestsandoneappearedterrace-shapeddeforma

4、tionalandfailure．Keywords:zonaldisintegration;similarmaterial;crackdistributionbule;terrace-shapeddeformation;spiralline分区破裂化现象是深部岩体工程响应的特征和天然岩石、石膏为材料，采用平面应力方式加载，但试标志，在分析深部岩体工程围岩变形、破裂和稳定性验仅发现硐室周围出现“狗耳”形的局部破坏，未能得［6］时必须要考虑分区破裂化现象和破裂区的残余强到分区破裂化现象。以上研究多是讨论模型表面度，它决定了深部岩体工程开挖、支护方案特点和原

5、破坏的情况。文献［7］中仅采用了一种沙土材料制作理，同时，分区破裂化现象的产生并不是岩石达到一模型，模型中预设了若干界面。本文选取了4种不同定深度而产生的突变过程，而是蕴涵着地下工程变的相似材料进行试验，观测了模型内部裂纹的分布规形破坏的一种本质特征，只是在一定的应力作用下律及沿轴向的变化规律。为了更好地观察模型在受的明显体现。因此对深部岩体工程分区破裂化结构力时的变形和破坏过程，还尝试通过在模型表面喷涂形成规律的研究对深部开采具有重要的工程意散斑来观测模型表面的变形和破坏。［1］义。俄罗斯学者E．I．Shemyakin和V．E．Panin1试验基本情

6、况进行了大量开创性的工作，在实验观测、实验室模拟［2－3］和理论研究方面都取得了一些成就。但未见不试验采用了4种不同的相似材料，试验的过程同截面(垂直于巷道轴线)的实验结果发表。基本同文献［7］，试验1、3、4没有分层，当模型从圆顾金才等以水泥砂浆为材料，进行了预留硐室的桶或方桶中压出时由于拉应力作用，使模型自然被［4］圆柱体压缩模型试验，发现在平行硐室轴向的高应拉断。试验概况见表1。力作用下，硐室围岩出现多条裂缝，裂缝之间存在未2不同相似材料的试验结果分析破坏区域，但是破坏只在巷道周围很近的区域，而且更像是滑移线。张强勇等对深部巷道围岩分区破裂4个试

7、验都是分步加载，最后一步加载以后，从［5］方桶或圆桶中压出。进行了三维地质力学模型试验研究。潘一山等以收稿日期:2010-12-27;修回日期:2011-02-25基金项目:国家重点基础研究发展规划(973)项目资助(2010CB226803);国家自然科学基金项目(50974069)作者简介:张智慧(1976-)，男，内蒙古凉城人，博士生，讲师，从事岩石力学研究、理论力学与震动力学方面的教学工作。第3期张智慧，等:利用多种相似材料模拟分区破裂现象的试验研究23表1试验概况MPa可以发现，裂纹类似螺旋展开线。由于在模型试验的最上表面喷涂了散斑，使螺旋线

8、看起来非常明显。模型情况相似材料硐室大小加载步骤编号2．2试验2中模型的变形破坏规律直径31c