应变软化扩容对含随机缺陷岩石的渐进变形及破坏-地质力学研究所.PDF

第 卷第 期 地 质 力 学 学 报 ! # 678 9 ! +7 9 # 年 月 # $ $ % ’()*+,- (. /0(1023,+425 ’:; # $ $ % !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 文章编号： （ ） !$$=! #$$% $#=$!%=!$ 应变软化扩容对含随机缺陷岩石的 渐进变形及破坏前兆特征的影响 王学滨 （辽宁工程技术大学力学与工程科学系，辽宁 阜新 !#?$$$ ） 摘 要：在单轴平面应变压缩条件下，采用 .-,2 模拟了剪切扩容对含随机缺陷岩 石破坏前兆及变形特征的影响。密实的岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破 坏准则，破坏之后呈现应变软化 理想塑性行为。缺陷在破坏之后经历理想塑性行 M 为。随着轴向应变的增加，试样内部破坏的单元数目增加，直到达到一个常数，该 常数随着扩容角的增加而增加。当扩容角较高时，计算得到的泊松比在峰前就可以 超过$ 9 ；剪切扩容于峰前发生；变形后试样的最终体积大于初始体积。剪切局部 化 （导致了毗邻块体之间的相对滑动）及剪切扩容 （发生于剪切带内部）是非零扩 容角试样峰后体积膨胀的原因。在峰前，通过观察剪切应变增量、破坏的单元数 目、侧向应变、计算得到的泊松比及体积应变可以发现，扩容角越高，试样破坏的 前兆越明显。在低扩容角时，由于弯曲的剪切带边界，试样内部充分发展的剪切带 的倾角比较分散，剪切带的倾角更接近 ,NLO:N 理论。 关键词：剪切扩容；随机缺陷；剪切带；体积应变；前兆 中图分类号：B) 文献标识码：, $ 引言 在岩石压缩条件下的应变软化阶段，尤其是在低围压时，体积应变有相对大的增长的现 ［ ］ 象已多有报道 ! P 。这一反常的现象常称之为 “体积膨胀”或 “剪切扩容”。其原因一方面 ［，］ ［ ］ 是由于微裂纹的张开已经超过了闭合 ! ；另一方面是由于滑动块体在凹凸面上的抬升 P A 。 在实验室及现场可以探测到压缩条件下岩石体积膨胀产生的多种效应。由于许多宏观现 象都与剪切扩容密切相关，因此，对剪切扩容的深入理解是极其重要的。5QO78R 等提出了著 ［］ % 名的膨胀扩散假说，可以用于解释断裂来临之前近场的行为 。体积膨胀被视为一种重要的 ［， ］ 地震前兆，前兆明显程度依赖于扩容量的大小# @ P !$ 。与膨胀有关的非弹性变形对于流体传 ［］ 输过程有重要的含义 。在与微裂纹有关的扩容过程中，受到低围压作用的初始低孔隙度岩 ［］ A 石的渗透率可以增加 至 个量级 。井眼、隧洞、孔洞、巷道和井筒附近的岩石涌向空 $ 9 ? 收稿日期：#$$%=$?=# 基金项目：国家自然科学青年基金项目 （