层状岩石逆倾向与顺倾向剪切破坏特征的差异性研究
李震1
吴冠洋2
司尚金3
刘光旭4
李明明5
张呈祥3
徐荣超6
1.河南理工大学土木学院,河南焦作 454003;煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心,河南焦作 4540032.河南理工大学土木学院,河南焦作 4540033.山东能源集团西北矿业有限公司,陕西西安 7100184.兖矿能源集团股份有限公司,山东邹城 2735005.山东华新建筑工程集团有限责任公司,山东新泰 2712006.华北水利水电大学地球科学与工程学院,河南郑州 450046
摘要：层状岩石层理效应的研究对深部岩体稳定性分析具有重要意义,而天然层状岩石逆倾向与顺倾向剪切力学行为差异性仍认识不清.为此,开展了 0°≤ψ≤180°(ψ为剪切面顺时针旋转至层理面的滑动倾向角)的页岩全角度剪切试验,详细地研究了逆倾向与顺倾向下剪切力学特性和破坏模式的差异性,并结合离散元模拟进行了补充分析与验证.研究结果表明:顺层面剪切时抗剪强度取得最小值,ψ=30°时取得最大值,90°与 135°时取得局部极大值,逆倾向抗剪强度相对更高,ψ>30°时随滑动倾向角增加抗剪强度总体呈减小趋势;根据不同滑动倾向角下剪切力学行为的差异性,按滑动倾向角将层状岩石分为三组,即层面张拉与基质剪切组(15°～60°)、基质剪切组(75°～120°)、基质与层面剪切组(135°～180°);基质剪切组在剪切应力-位移曲线峰前均存在应力降现象,层面张拉与基质剪切组在峰后呈"阶梯"状应力降低;张拉破坏与剪切破坏同时存在且以剪切破坏为主;顺层面剪切时层面的剪切裂纹数目占优,ψ=90°时基质体的剪切裂纹数目最多,ψ=30°时层面的张拉裂纹数目最多,其次是基质体的剪切裂纹,ψ=150°时以层面、基质体的剪切裂纹为主.研究揭示了层状岩石逆倾向与顺倾向剪切的各向异性特征及差异性根源,可为各向异性力学模型完善、灾变机制及围岩稳定性分析提供科学依据.
关键词：层状岩体各向异性力学特征破坏模式离散元
分类号：TD325(矿山压力与支护)
资助基金：国家自然科学基金(51704097)国家自然科学基金(51709113)河南省双一流学科创建工程资助项目(AQ20230727)
论文发表日期：2024-07-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：11( 37-47 )
英文信息