含软弱结构面石灰岩巴西劈裂破坏模式研究 sup ① _sup _李子旋.pdf

含软弱结构面石灰岩巴西劈裂破坏模式研究 ① 李子旋１， 雷 涛１，２， 叶海旺１，２， 赵 昀１， 王其洲１，２， 李立峰１，２ （１.矿物资源加工与环境湖北省重点实验室，湖北 武汉 ４３００７０； ２.武汉理工大学 资源与环境工程学院，湖北 武汉 ４３００７０） 摘 要 以湖北省秭归县某矿山石灰岩为研究对象，进行了不同软弱结构面倾角 θ 的巴西劈裂实验，研究了石灰岩中软弱结构面倾 角对岩石试样破坏模式的影响，并探讨了相应的破坏机理。 结果表明软弱结构面对试样的劈裂破坏模式具有控制性作用，随着结 构面倾角增大（０～９０范围内），试样破坏模式可分为 ４ 种，其中，θ 为 ０和 １５时为岩石基质以及结构面拉裂破坏，θ 为 ３０时为岩 石基质的拉裂破坏以及结构面的拉裂和滑移破坏，θ 为 ４５和 ６０时为结构面的剪切滑移破坏，θ 为 ９０时为结构面的拉裂破坏；同 时发现，当 θ 为 ４５、６０和 ９０时，结构面对试样破坏机理的影响与层理面类似，而当 θ 为 ０、１５和 ３０时，试样的破坏机理会更为 复杂。 关键词 石灰岩； 裂隙岩体； 巴西劈裂； 软弱结构面； 抗拉强度； 破坏模式 中图分类号 ＴＵ４５２文献标识码 Ａｄｏｉ１０.３９６９／ ｊ.ｉｓｓｎ.０２５３－６０９９.２０２０.０１.００３ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０２０）０１－００１１－０５ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｍｏｄｅｓ ｉｎ Bｒａｚｉｌｉａｎ Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ Ｔｅｓｔ ｏｎ Ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ ｗｉｔｈ Ｗｅａｋ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｐｌａｎｅｓ ＬＩ Ｚｉ-ｘｕａｎ１， ＬＥＩ Ｔａｏ１，２， ＹＥ Ｈａｉ-ｗａｎｇ１，２， ＺＨＡＯ Ｙｕｎ１， ＷＡＮＧ Ｑｉ-ｚｈｏｕ１，２， ＬＩ Ｌｉ-ｆｅｎｇ１，２ （１．Ｈｕｂｅｉ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｍｉｎｅｒａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０， Ｈｕｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｗｕｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｗｕｈａｎ ４３００７０， Ｈｕｂｅｉ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｂｒａｚｉｌｉａｎ ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ｔｅｓｔｓ ｗｅｒｅ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ ｏｆ ａ ｍｉｎｅ ｉｎ Ｚｉｇｕｉ Ｃｏｕｎｔｙ ｏｆ Ｈｕｂｅｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ. Ｔｈｅ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ ｗｉｔｈ ｗｅａｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｌａｎｅｓ ａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ａｎｇｌｅｓ （θ） ｗａｓ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｔｅｓｔｅｄ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ ｏｆ ｗｅａｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｌａｎｅｓ ｉｎ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ ｏｎ ｒｏｃｋ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ. Ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ. Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ａｒｅ ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｗｅａｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｌａｎｅｓ. Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ａｎｇｌｅｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｌａｎｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｏｆ ０～９０， ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ ｏｆ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｃａｎ ｂｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ ｉｎｔｏ ４ ｔｙｐｅｓ. Ｔｅｎｓｉｌｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｍａｔｒｉｘ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｌａｎｅ ｏｃｃｕｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ ａｎｇｌｅ θ ＝ ０ ａｎｄ １５； ｔｅｎｓｉｌｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｒｉｘ， ｔｅｎｓｉｌｅ ａｎｄ ｓｈｅａｒ ｓｌｉｐ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｌａｎｅ ｏｃｃｕｒ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｗｉｔｈ θ＝３０； ｓｈｅａｒ ｓｌｉｐ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｌａｎｅ ｏｃｃｕｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｗｉｔｈ θ＝ ４５ ａｎｄ ６０； ｔｅｎｓｉｌｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｌａｎｅ ｏｃｃｕｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｗｉｔｈ θ＝９０. Ｂｅｓｉｄｅｓ， ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ θ＝４５， ６０ ａｎｄ ９０， ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｌａｎｅｓ ｉｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｔｏ ｔｈａｔ ｂｙ ｂｅｄｄｉｎｇ ｐｌａｎｅｓ， ｂｕｔ ｗｈｅｎ θ＝０， １５ ａｎｄ ３０， ｔｈｅ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗｉｌｌ ｂｅ ｍｏｒｅ ｃｏｍｐｌｅｘ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ； ｆｒａｃｔｕｒｅｄ ｒｏｃｋ ｍａｓｓ； Ｂｒａｚｉｌｉａｎ ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ｔｅｓｔ； ｗｅａｋ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐｌａｎｅｓ； ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ； ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓ 岩体结构中存在着大量的层理、节理以及裂隙等 软弱结构面，这些结构面的存在会对岩体的破坏机制 产生重要影响［１］。 当岩体受到拉伸作用时，由于结构 面极易发生拉伸破坏，其分布特征和力学条件在一定 程度上会对岩体的拉伸破坏具有控制性作用。 近年 来，国内外学者对含结构面岩石的劈裂破坏特性的研 究主要从以下几个方面展开通过数值模拟和室内试 验，研究了岩石劈裂强度和破坏模式随层理夹角的变 化规律［２－５］；结合岩石力学和弹性力学理论，研究了岩 石在不同层理倾角下破坏的力学解析解和发生破坏的 ①收稿日期 ２０１９－０８－０３ 基金项目 国家自然科学基金（５１７０４２１８）；湖北省自然科学基金（２０１６ＣＦＢ３３６）；中央高校基本科研业务费专项资金资助（１８５２０８０１１，２０１８-ｚｙ-８１）； 中央高校基本科研业务费专项资金资助（１９３１０８００６）；湖北省应急管理厅安全生产专项资金科技项目（ＫＪＺＸ２０１９０７００７） 作者简介 李子旋（１９９３－），男，湖北天门人，硕士研究生，主要从事岩石力学方面的研究工作。 通讯作者 雷 涛（１９８３－），男，四川宜宾人，博士，讲师，主要从事岩石动力破坏与安全高效采矿方面的教学与研究。 第 ４０ 卷第 １ 期 ２０２０ 年 ０２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ.４０ №１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０２０ ChaoXing 判别条件［６－８］；从能量角度研究了岩石破坏过程能量 随层理角度的变化规律［９－１０］。 上述研究在揭示含结构 面岩体的拉伸破坏规律和机理方面取得了很多有价值 的成果，但是这些研究针对的主要是胶结程度较好的 层理面，而对含有泥质、碎屑等软弱充填物结构面岩体 的研究相对较少。 基于此，本文选取矿山现场的含软 弱结构面石灰岩，制作成含有不同结构面倾角的试样， 通过室内劈裂试验研究不同条件下石灰岩劈裂破坏模 式，为进一步完善含结构面岩体的力学特性和破坏机 理提供基础数据。 １ 试验设备及方法 本次试验试样为湖北省秭归县某水泥用矿山的石 灰岩，经过切割、钻孔、打磨，得到厚度为 ２５ ｍｍ、直径 为 ５０ ｍｍ 的圆盘试件，其上、下两端面不平行度小于 ０.１ ｍｍ，端面与侧面垂直角度误差不超过 ０.２５，符合 岩石力学试验规程标准。 试验所用加载设备为 ＴＡＷ２０００ 微机控制三轴 试验机，该试验机最大竖向加载力为 ２ ０００ ｋＮ，加载位 移精度０.５％ＦＳ，位移分辨率 ５ μｍ。 试验前，按实际 需求在试样上粘贴多组应变片，加载时，同步采用 ＤＨ３８１６Ｎ 静态应变测试系统进行应变数据的采集。 试验时，规定软弱结构面倾角 θ 为结构面方向与 水平方向的夹角，如图 １ 所示。 为了研究结构面倾角 变化对试样破坏的影响，按照 θ 为 ０、１５、３０、４５、 ６０、９０将试样分为 ６ 组，每组 ３ 个试样。 试验加载 时，先以 ０.５ ｍｍ／ ｍｉｎ 的位移控制加载到 ２００ Ｎ，再以 ５０ Ｎ／ ｓ 的荷载控制加载，直到试样发生破坏。 加载力方向 软弱结构面 θ 图 １ 结构面倾角的规定 ２ 试验结果分析 ２.１ 不同倾角结构面劈裂破坏的应变分析 为了研究石灰岩的破坏特征，试验时，在圆盘试样 上粘贴应变片，通过分析应变片所测得的应变变化来 进行探究。 综合每组试验应变片所测得的数据，选取 其中具有代表性的 ３ 种情况。 图 ２ 为 ３ 种圆盘试样的 应变片布置图，图中虚线代表加载方向，实线代表软弱 结构面所在位置，图 ３ 为圆盘上各应变片所测得应变- 时间曲线。 F F 4 5 63 2 1 a F F 4 5 63 2 1 b 软弱 结构面 F F 8 7 F F 4 5 63 2 1 c F F 8 7 图 ２ 应变片布置 （ａ） θ＝０； （ｂ） θ＝３０； （ｃ） θ＝６０ 时间/s 0.20 0.10 0.00 -0.10 -0.20 1000200300 应变/ 1号 2号 3号 4号 5号 6号 7号 8号 ■ ● ▲ ▲ ▲ ▲ ◆ b 时间/s 0.08 0.04 0.00 -0.04 -0.08 -0.12 501000150200 应变/ c 时间/s 0.30 0.15 0.00 -0.15 750150225 应变/ 0.03 0.02 0.01 0.00 -0.01 -0.02 -0.03 -0.04 158 161 164 167 170 173 176 1号 2号 3号 4号 5号 6号 ■ ● ▲ ▲ ▲ ◆ a 1号 2号 3号 4号 5号 6号 7号 8号 ■ ● ▲ ▲ ▲ ▲ ◆ 图 ３ 不同结构面倾角下石灰岩的应变-时间曲线 （ａ） θ＝０； （ｂ） θ＝３０； （ｃ） θ＝６０ 由图 ３（ａ）可知，１、２、３ 号应变片主要测量水平方 ２１矿 冶 工 程第 ４０ 卷 ChaoXing 向的应变，４、５、６ 号应变片主要测量竖直方向的应变。 开始阶段，各应变片应变数值都在增加，但 １ 号应变片 增长明显更快，这说明岩石试样在受拉破坏时，是先在 上端发生破坏，后逐渐向下扩展，以形成贯通的裂缝。 在加载后期，１ 号应变片的应变数值又突然增加，这是 因为在加载过程中，主裂纹右侧的次生裂纹进一步扩 展，形成了一条通过 １ 号应变片的裂缝。 由图 ３（ａ）局 部放大图还可以看到，２～６ 号应变片在曲线末端都有 一段发生突然变化的部分，其中 ３ 号和 ５ 号最为明显， 这是因为随着岩石试样竖直拉裂纹的产生，继续加载 时，由于结构面强度较低，而岩石中间压应力又较大， 岩石绕结构面中心发生转动，水平软弱结构面受到拉 应力并在其两端发生拉破坏，随后逐渐向中间扩展，形 成贯通的拉裂缝。 由图 ３（ｂ）可知，１、２、３ 号应变片主要测量水平方 向的应变，４、５、６ 号应变片主要测量竖直方向的应变。 开始阶段，各应变片应变数值都在增加，但 ４、５、６ 号应 变片增长得更快，这主要是因为 ４、５、６ 号应变片连线 正好是试件受拉开裂的裂缝所在，而 ４ 号的增长速度 又明显高于 ５ 号和 ６ 号，这说明岩石试样在受拉破坏 时，是先在上端发生破坏，后逐渐向下扩展，以形成贯 通的裂缝，这可能与加载方式有关（加载泵控制夹具 上升，其与上端压板接触时，试样上端先受力）。 ７ 号 和 ８ 号分别位于裂缝两端，而 ８ 号又位于竖直开裂缝 上，因而其应变变化相对更为明显，岩石在发生沿中心 线的开裂破坏后，继而发生沿软弱结构面的剪切滑移 破坏，因而，７ 号应变片的变化很小。 由图 ３（ｃ）可知，１、２、３ 号应变片主要测量竖直方 向的应变，４、５、６ 号应变片主要测量水平方向的应变。 其中，３ 号应变片变化较明显，这是因为 ３ 号应变片位 于软弱结构面上，随着加载力逐渐增大，沿结构面方向 的滑移力逐渐增大而大于其抗滑力，岩石沿结构面发 生滑移破坏，当滑移面经过 ３ 号应变片时，应变片突然 受压，因而其应变值在曲线末端又突然增大。 ７ 号和 ８ 号应变片都位于软弱结构面右侧，又位于试样中心， 因而加载时，主要受拉应力，又试样并未发生沿中心的 拉裂破坏，因而应变值较小。 当 θ＝９０时，软弱结构面方向与加载方向一致，加 载时，由于软弱结构面物理力学性质很差，当夹具与上 端固定压板一接触，岩石很快就会发生破裂，导致应变 片来不及采集数据。 这说明了结构面中充填物力学性 质很差，其抗拉强度较小。 ２.２ 软弱结构面对劈裂破坏模式的影响 图 ４ 为石灰岩试样的破坏结果，岩石试样的破坏 过程可以总结为以下 ４ 种破坏模式。 图 ４ 不同结构面角度下的石灰岩破坏试件 （ａ） θ＝０； （ｂ） θ＝１５； （ｃ） θ＝３０； （ｄ） θ＝４５； （ｅ） θ＝６０； （ｆ） θ＝９０ １） 拉裂-拉裂破坏。 如图 ４（ａ）、（ｂ）所示，当 θ＝０ 和 １５时，发生此种破坏。 加载初期，结构面所受剪应 力很小，不会发生剪切破坏，而试样中心岩石基质所受 拉应力逐渐增大，先达到岩石的抗拉强度发生开裂，形 成贯通的竖直裂纹，随着加载继续进行，结构面两端发 生拉破坏，从而形成沿结构面方向的水平裂纹。 ２） 拉裂-滑移破坏。 如图４（ｃ）所示，当 θ＝３０时， 发生此种破坏。 加载时，结构面上产生的法向力较大， 而沿结构面方向的滑动力较小，从而抑制了滑移的发 生。 随着加载进行，试样中心受拉首先发生开裂，这导 致结构面处的抗滑力瞬时降低，随后便发生了滑移 破坏。 ３） 沿结构面的滑移破坏。 如图 ４（ｄ）、（ｅ）所示， 当 θ＝４５和 ６０时，一般发生此种破坏。 加载时，沿结 构面方向的力大于其法向方向的力沿结构面的分力， 因此试样首先会产生沿滑动面滑移的趋势，而产生微 ３１第 １ 期李子旋等 含软弱结构面石灰岩巴西劈裂破坏模式研究 ChaoXing 小的滑移，随着进一步加载，加载力沿结构面方向的分 力大于结构面的抗滑力，而此时岩石基质受到的拉应 力小于岩石的抗拉强度，从而只发生沿结构面的剪切 滑移破坏。 ４） 沿结构面内软弱充填物的拉裂破坏。 如图４（ｆ） 所示，当 θ＝９０时，竖向主裂纹沿着软弱结构面发展， 可以认为是软弱结构面内的充填物所受拉应力超过其 抗拉强度，而发生破坏，形成贯通的竖直裂纹。 此时， 所求得的“抗拉强度”可以认为是石灰岩和充填物交 界面的抗拉强度。 石灰岩的 ４ 种破坏模式如图 ５ 所示，图中实线代 表软弱结构面，虚线代表圆盘最终的破坏裂纹，箭头代 表圆盘试件的破坏类型。 破坏 裂纹 0≤θ≤15θ30 软弱 结构面 45≤θ≤60θ90 图 ５ 石灰岩的 ４ 种破坏模式 ３ 讨 论 当圆盘试样中的结构面为胶结较好的层理面时， 由于层理面和岩石基质胶结较好，可以利用单弱面理 论，并结合摩尔-库伦破坏准则来进行解释。 分析时， 将圆盘中心点的应力进行分解，可求得剪切破坏面上 正应力和剪应力的公式，再联立 Ｃｌａｅｓｓｏｎ 等［１１］提出的 横观各向同性巴西圆盘中心的应力公式，建立方程即 可求得剪切破坏面处的正应力和剪应力，最后根据摩 尔-库伦准则，得到圆盘沿层理破坏和沿基质破坏的判 别条件。 刘运思等［８］利用上述理论，并结合如图 ６ 所示的 应力莫尔圆，对岩石中弱面的破坏条件进行了分析，认 为当 θ２≤θ≤θ１时，层理面应力点 Ｍ 位于层理面强度 曲线之上，圆盘发生层理面的剪切破坏；而当 ０≤θ≤θ２ 或 θ１≤θ≤９０时，Ｍ 点位于强度曲线之下，层理不发生 剪切破坏，圆盘发生拉裂破坏。 并据此得出板岩的几 种破坏模式当 ０≤θ≤１５时，为基质的拉裂破坏；当 ３０≤θ≤６０时，为结构面的剪切破坏；当 ７５≤θ≤９０ 时，为结构面的拉裂破坏。 结构面强度线 结构面应力 状态点 Q P M R N Cθ 2θ12θ2 θ 3 σ 1 σ σ τ φθ 图 ６ 层理面的应力莫尔圆 当圆盘试样中的结构面为含有泥质、碎屑等充填 物的软弱结构面时，由于软弱充填物和岩石基质胶结 程度较差，其对圆盘试样的破坏模式的影响也不尽相 同。 结合图 ４～５，可知，当 θ＝ ９０时，为结构面的拉裂 破坏；当 ４５≤θ≤６０时，为结构面的剪切破坏；当 ０≤θ≤３０时，圆盘试件都有基质的拉裂破坏。 这与 层理对圆盘破坏机制的影响是相同的，可运用上述理 论进行解释。 但当 ０≤θ≤１５时，圆盘试样除了有基质的拉裂 破坏，还有结构面的拉裂破坏，这是因为此时结构面方 向的剪应力小于其抗剪强度，因而不会发生沿结构面 的剪切破坏。 随着加载进行，岩石基质受到的拉应力 超过其抗拉强度，首先发生基质的拉裂破坏，形成贯通 的竖直裂纹，此时，圆盘试样被分割成两个独立的个 体，当继续加载时，由于软弱结构面的存在，可分成如 图 ７（ａ）所示的①②③④部分，图 ７（ｂ）为①部分的受 力图，其中 Ｆａ为②部分对其的压力，Ｆｂ为结构面与岩 石基质之间的粘结力，Ｆｐ为加载下颚对其的压力。 由 材料力学理论，①部分在 Ａ 点受到的力矩为 Ｍ ＝ Ｆｐ１ｈ － Ｆｂｓ（１） 其中 Ｆｐ１ ＝ Ｆ ｐｓｉｎθ 。 破坏 裂隙 软弱 结构面 B C D A Fb Fa1 Fp1 Fa Fp s A B h ②③ ④ ① ① 图 ７ 结构面拉裂破坏机理 由于岩石基质与结构面的胶结程度较差，随着加 ４１矿 冶 工 程第 ４０ 卷 ChaoXing 载力增加， Ｆｐ１ｈ 很快就会大于 Ｆｂｓ，从而 Ｍ＞０，岩石绕 Ａ 点逆时针转动，结构面受到拉应力，首先在 Ｂ 点发生 拉破坏，并逐渐向内扩展，形成沿结构面的贯通裂纹。 此时，由于结构面倾角 θ 较小，在结构面方向的分力 Ｆａ１小于其抗滑力，因此不会发生沿结构面的滑移破坏。 当 θ＝３０时，圆盘试样除了发生基质的拉裂破坏， 还发生结构面的拉裂和剪切破坏。 其破坏过程如图 ８ 所示，首先是岩石基质受拉发生破坏，形成竖直裂纹， 随着继续加压，与图 ７ 类似，岩石各部分分别绕 Ａ 点 和 Ｃ 点转动，结构面受到拉应力，并在两端发生拉裂 破坏，形成沿结构面方向的裂纹，此时由于结构面发生 了部分破坏，其内充填物的粘聚力减小，导致其抗滑力 减小，随着加载力继续增加，当沿结构面方向的剪切力 大于抗滑力时，就会发生结构面的剪切滑移破坏。 破坏 裂隙 软弱 结构面 结构面 拉裂 C A abc 图 ８ θ θ ＝３０试件破坏过程 （ａ） 中心起裂； （ｂ） 结构面局部拉裂； （ｃ） 结构面剪切破坏 ４ 结 论 １） 随着软弱结构面倾角变化，试样的破坏模式主 要有 ４ 种当 θ ＝ ０和 １５时，试样发生基质的拉裂破 坏，形成竖直的贯通裂纹；当 θ＝ ３０时，试样先发生基 质的拉裂破坏，随后在结构面两端发生拉裂破坏，最后 发生沿结构面的剪切滑移破坏；当 θ＝ ４５和 ６０时，试 样发生沿结构面的剪切滑移破坏；当 θ＝９０时，试样发 生结构面的拉裂破坏。 ２） 当 θ＝４５、６０和 ９０时，软弱结构面对岩石试 样劈裂破坏模式的影响与层理面类似，岩石的破坏机 理相似；但当 θ＝０、１５和３０时，岩石的破坏机理更为 复杂。 参考文献 ［１］ 杨立云，刘振坤，周莹莹，等. 爆炸应力波在含层理介质中传播规 律的实验研究［Ｊ］. 爆破， ２０１８，３５（２）１－５. ［２］ Ｂｏｎａ Ｐａｒｋ， Ｋｉ-Ｂｏｋ Ｍｉｎ， Ｎｉｃｈｏｌａｓ Ｔｈｏｍｐｓｏｎ， ｅｔ ａｌ. 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