含层理构造的非均质片麻岩巴西劈裂试验及离散单元法数值模拟研究.pdf

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1、第33卷第5期岩石力学与工程学报Vbl_33No．520l4年5月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringMay，2014含层理构造的非均质片麻岩巴西劈裂试验及离散单元法数值模拟研究谭鑫，HEINZKonietzky2(1．湖南大学土木工程学院，湖南长沙410082~2．弗莱贝格工业大学岩土工程系，弗莱贝格09599，德国)摘要：为了研究岩石各向异性及非均质性对其破坏形式的影响，对含层理构造的非均质片麻岩进行了多组加载角度的巴西劈裂试验，获得不同层理方向片麻岩试件“抗拉强度”。其计算“抗拉强度”随着层理方向与加载方向夹角减

2、小而迅速减小，当层理方向平行于加载方向时，计算“抗拉强度”可认为是片麻岩软弱层理面间的抗拉强度；当层理方向垂直于加载方向时，计算“抗拉强度”可认为是片麻岩岩石矿物基质的等效抗拉强度；当层理方向与加载方向夹角小于90。时，则属于拉一剪复合破坏形式，是片麻岩各向异性和非均质性共同作用的结果，此时对计算“抗拉强度”的应用需要特别谨慎。用UDEC程序建立离散单元数值模型，利用随机分布的条状块体集合，通过设置层理界面和矿物颗粒之间的接触参数，模拟层理构造对片麻岩破坏的影响。数值模拟与试验结果吻合较好，解释了劈裂破坏形式产生的机制，揭示岩石在荷载状态下的破裂过程是裂纹从萌生初期的

3、无序分布，到受微观构造影响而有序集中的自组织过程。关键词：岩石力学；巴西劈裂试验；各向异性；非均质性；离散单元法；数值模拟；层理构造中圈分类号：Tu45文献标识码：A文章编号：1000—6915(2014)05—0938—09BRAZILIANSPLITTESTSANDNUMERICALSIMULATIoNBYDISCRETEELEMENTMETHODFoRHETERoGENEoUSGNEISSWITHBEDDINGSTRUCTURETANXin，HEINZKonietzky2r1．CollegeofCivilEngineering，HunanUniversity，C

4、hangsha，Hunan410082，China；2．GeotechnicalInstitute，TUBergakademieFreiberg，Freiberg09599，Germany)Abstract．SeveralgroupsofBraziliansplittestsonheterogeneousgneissconsideringtheefectsofdiferentbeddingorientationswereconductedinordertoinvestigatetheinfluencesofanisotropyandheterogeneityonfai

5、lurebehaviorofrocks．Thetensilestrengthsofgneisswithbeddingstructuresofdiferentorientationswereobtained．Thetensilestrengthsobtainedcanbeconsideredastheonebetweentheweakbeddingsofthemineralsifthebeddingorientationparallelingtotheloadingdirection．Ifthebeddingorientationisperpendiculartothe

6、loadingdirection，theobtainedtensilestrengthsCallbeconsideredastheequivalentoneofmineralgrainsofgneiss．Butforothercases，thetensilestrengthisduetothecombiningefectofthetensileandshearfailures，whichdeservescarefulconsiderationinapplications．AdiscretenumericalmodelwassetupusingUDEC．Thebeddi

7、ngstructuresweremodeledthroughassigningrandomdistributedaggregatesofdeformableblocksandsettingcontactsbetweenthebeddinginterfacesandthemineralgrains．Thenumericalresultshaveagoodagreementwiththeexperimentaldata，whichexplainsthemechanismoffracturingfailuremodes．Thestudyrevealedth