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随着我国基础设施建设的快速发展,大型交通、水利水电工程建设的大规模开展,地下工程突水问题以及边坡工程稳定性问题日益突出。其中,卸荷-渗流耦合作用成为诱发此类问题的重要因素,而裂隙岩体作为实际工程问题中广泛遇到的一类工程介质,具有复杂的力学特性与渗透特性。基于此,本文采用理论分析、室内试验、数值模拟相结合的方法,围绕卸荷-渗流耦合作用下裂隙岩体破坏机理,系统地研究了含单裂隙类岩石试样在卸荷渗流耦合作用下的卸荷力学特性、渗流特性、能量转化等,建立了渗透水压-围压卸载状态下翼型裂纹的扩展模型,并借助FLAC3D软件分析了裂纹起裂和扩展机理。研究内容和主要成果如下:(1)基于断裂损伤力学理论研究应力-渗流作用下岩石裂纹起裂、扩展规律,建立了考虑围压卸荷作用的压剪翼型裂纹模型,并借助有限元软件对模型进行对比分析。得出压剪裂纹起裂强度的主要影响因素有裂纹闭合程度、围压、渗透水压、裂纹倾角、岩石性质等。渗透水压的存在使裂纹尖端应力强度因子增加,压剪岩石裂纹起裂强度降低,分支裂纹扩展长度显著增长;围压的存在对裂纹扩展起约束作用,使得裂纹起裂强度降低,分支裂纹扩展长度显著减小。考虑围压卸载作用的翼型分支裂纹扩展长度主要与围压卸荷水平有关,在围压卸载过程中,裂纹尖端应力强度因子显著增大,翼型分支裂纹扩展长度显著增长,当围压卸载到与渗透水压相近时,分支裂纹扩展进入不稳定状态。(2)利用岩石多场耦合三轴仪对类岩石材料制成的含有单条贯通型裂纹的标准试件进行有渗透水压作用和无渗透水压作用的常规三轴压缩试验、三轴压缩峰前卸荷试验,并通过CT扫描系统及AVIZO软件对破坏后的试样内部裂隙进行三维重构。试验结果表明,试样的偏应力增量、围压卸荷量、统一围压降参数均随初始轴压水平提高而减小;试样卸荷后,随着初始轴压水平的不断增加,最终围压和极限屈服强度随之增大,表明当初始轴压水平越高时,试样发生破坏所需要的围压卸荷量越小、围压卸荷历时越短、损伤度越高,亦即试样越容易发生破坏。此外,偏应力增量与裂隙角度不存在线性关系,但整体上符合裂隙角度越小偏应力增量越大的规律。剪胀角随裂隙角度增大、初始轴压水平提高而减小,随初始围压减小而增大,且卸荷试验中试样的剪胀角均大于常规三轴压缩试验中的剪胀角。卸荷试验中的粘聚力低于常规三轴压缩试验,且粘聚力随初始轴压水平提高呈指数关系增长;而内摩擦角高于常规三轴压缩试验,且随初始轴压水平提高呈多项式关系减小。围压卸荷的两个阶段中环向应变增量大于轴向应变增量大,表现出明显的侧向扩容。(3)在有渗透水压作用下的三轴压缩峰前卸荷试验中,试样峰值强度随渗透水压增大而减小,随初始轴压水平提高而增大。此外,统一围压降参数随初始轴压水平提高而减小,随水压增大而减小,说明初始轴压水平越高、水压越大,试样破坏所需的围压卸荷量越小,试样越容易破坏。峰值粘聚力、残余粘聚力均随初始轴压水平提高而呈指数增大。试样的粘聚力和内摩擦角均随着水压增大而减小,峰值摩擦角、残余摩擦角随初始轴压水平提高而减小。试样的最大剪胀角随初始轴压水平增大而减小,随水压增大而增大。损伤变量随初始围压增大而减小,体现了围压对试样环向应变的限制作用;损伤变量随水压增大而略微增大,说明水压的存在会促进试样环向应变的发展。(4)为了更直观地观察裂纹起裂、扩展及破坏过程,更好地解释裂隙岩体在不同应力路径下的破坏机理,运用FLAC3D数值模拟软件再现试验过程。采用弹脆性损伤模型,模拟了单裂隙试样的三轴加、卸荷试验,并对试件在不同条件下的裂纹扩展过程和破坏情况进行对比、分析,结果表明加载条件下围压越小,裂纹扩展角度越接近于竖直方向,卸荷条件下随着围压增大,围压卸荷量也越大,且裂纹发育越集中,脆性特征越明显。(5)在无水工况计算模型的基础上采用流固耦合方法研究了不同水压、不同围压、不同初始轴压水平条件下裂纹发展演化规律以及各角度裂隙试件的加、卸荷破坏特征。试件裂纹扩展过程及破坏模式会随裂隙角度不同而不同,其中,0°裂隙试样和90°裂隙试件与其他角度裂隙试件差别较大。