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自然岩体是一种非连续介质体,其内部充斥着大量裂隙、空隙等缺陷,使岩体力学性质呈现明显的各向异性。节理、裂隙在外载下的扩展、贯通对岩体的力学特性产生显著的影响,也是导致岩体发生局部化破坏的主要原因。因此,对裂隙岩体力学性质和变形局部化过程的正确分析具有十分重要的工程意义。从能量观点可知,岩体的破坏本质上是能量耗散和释放的结果,从能量角度研究岩体变形破坏的力学相应特点及本质特征,能较真实的反映岩体的破坏规律。本文通过相似材料模拟玄武岩等脆性材料,制作不同裂隙倾角的单裂隙试样和不同空间分布的双裂隙试样。以粒子成像测速技术方法作为试验观测手段,采用自主研发“YY-L600型”双轴压缩试验系统进行不同应力加载速率下的双轴压缩试验。分析了裂隙试样的力学性质、变形局部过程及裂纹贯通模式。从能量观点,研究了在加载过程中裂隙试样的能量演化规律及能耗特征。主要成果如下:(1)试样峰值强度随裂隙倾角增大呈V型分布,α=45°达到最小值,并随加载速率的增加而增大。充填裂隙试样强度明显大于张开裂隙试样;双裂隙试样中重叠裂隙试样强度最大。裂隙岩体试样起裂角及起裂应力变化规律:翼裂纹起裂角随着裂隙倾角的增大而减小,且两者关系可以用指数曲线来表示。起裂应力与峰值强度比值随裂隙倾角和加载速率增大均呈增大趋势。正、反翼裂纹夹角无明显差异,均在130°左右分布。(2)裂纹应力强度因子变化规律:随着裂隙倾角的增大,KⅠ呈近似线性下降,KⅡ表现为曲线变化特征,先增后降。依据相对应力强度因子和相对断裂韧度的比值,确定了裂纹断裂判据。(3)采用位移场方差作为位移场特征统计指标,方差S曲线在试样破坏之前具有明显的阶段性特征,可以有效的描述岩体变形局部化的演化过程,同时结合位移分布云图可以直观的观察变形局部化过程以及变形局部化区域。(4)裂纹扩展贯通模式:①单裂隙岩体试样:随着裂隙倾角增大,试样贯通破坏模式从张性贯通破坏模式过渡为张剪复合贯通破坏模式再转为拉伸劈裂破坏模式。②双裂隙岩体试样:共线裂隙试样和重叠裂隙试样,随着加载速率增大,贯通模式由张剪复合贯通模式转变为张性贯通模式,非共线非重叠裂隙试样,均表现为张剪复合贯通。岩桥贯通模式分为无贯通、张性贯通、剪切贯通、张剪复合贯通。(5)对比分析了裂隙试样不同变形阶段的能量转化规律:压密与弹性变形阶段,输入能量绝大部分以可释放应变能形式储存,仅有少量能量耗散于裂隙闭合压密过程。破裂发展阶段,随着裂纹的萌生、扩展,吸收能量逐渐向耗散能转化。峰后破坏阶段,前期储存的可释放应变能以动能、表面能等形式快速释放,形成宏观破裂面。随着裂隙倾角的增大,峰前耗散能和耗散能比例呈下降趋势,而可释放应变能逐渐增大;加载速率越大,峰前耗散能和耗散能比例越小。(6)从裂纹贯通模式分析,张剪复合贯通:峰前剪切裂纹的萌生、扩展伴随大量能量耗散,塑性变形较大,造成试样的强度丧失,且峰前可释放应变能储存量率较小,峰后可释放应变能没有较好的释放条件,导致试样沿着裂纹贯通面塑性流动,应变能主要以摩擦热能的形式耗散。张性贯通为翼裂纹贯通,能量耗散量相对较小,可释放应变能存储率较高,在峰后可释放应变能迅速集中释放,致使试样向能量释放的方向张裂,破坏时张性裂纹增多并常伴有弹射现象。