拉－壓應力狀態(tài)下脆性巖石強度及破壞機制顆粒流模擬*

黃 達 李 悅 岑奪豐

（河北工業(yè)大學土木與交通學院，天津300401，中國）

0 引 言

深部礦山開采、水電工程地下廠房建設等通常涉及顯著的高地應力及強烈的巖體開采擾動。地下工程開挖致使垂直于開挖面方向的應力卸載，擾動區(qū)巖體應力重分布。由于巖體內部的非均質性及非彈性，強烈的開挖卸荷會造成巖體某些部位如地質不連續(xù)面處發(fā)生差異變形（臨開挖側變形快，內側變形慢），形成卸荷方向的拉應力（Huang et al.，2014；李守定等，2014），與其他方向的壓應力組成拉－壓應力環(huán)境，常誘發(fā)開挖擾動區(qū)脆性巖體張性松弛、劈裂（表層圍巖剝離）甚至巖爆等張性破壞災害。故拉－壓力學行為是需弄清楚的基本巖體力學問題。

然而，以往的巖石力學試驗研究多關注于壓應力狀態(tài)試驗條件，如單軸／三軸壓縮試驗、剪切試驗等，以及拉伸試驗條件，如直接拉伸試驗、劈裂試驗等。此外，目前開展較多的三軸卸荷試驗雖然從加載方式上與實際巖體開挖卸荷相似，但試驗過程中巖樣內部拉應力無法定量控制。因試驗技術上的困難（如膠水粘貼端端部效應以及試樣幾何及受力對中等），較少開展拉應力參與下的復雜應力狀態(tài)下的巖石力學試驗研究，如拉－壓試驗、拉－剪試驗等（Cen et al.，2017）。目前僅少量學者采用三軸擴張（triaxial extension）試驗研究了“狗骨頭”形巖石試樣在拉－壓應力狀態(tài)下的強度及拉—剪復合斷裂特征（Ramsey et al.，2004；Bobich，2005；Rodriguez，2005；Lan et al.，2019）。Cui et al.（2018）和崔振東等（2018）應用掃描電子顯微鏡（SEM）技術原位觀測到了頁巖微納觀尺度雁行裂紋，拉－剪復合應力場是其誘因。……