拉压应力状态下基于偶应力理论的裂隙岩体裂隙扩展机理以及尺度效应研究

相对于经典弹性理论而言，偶应力理论可以描述材料的尺寸效应。最近，偶应力理论的理论和数值求解成为新的研究热点。初步研究发现偶应力理论下和经典弹性理论下的二维裂隙扩展有较大区别。本课题将偶应力理论与无网格法和自然单元法等结合起来，建立裂隙扩展的偶应力理论算法，数值模拟岩体裂隙扩展演化规律、多个裂隙之间的相互影响。还将利用声发射技术、高速摄影技术，采用真岩石材料、类岩石材料和树脂透明材料制作含裂隙试件，开展部分拉压试验。将偶应力理论数值模拟结果与经典理论和试验结果进行对比，研究偶应力对整个应力场和位移场、局部断裂损伤、裂隙初始破裂、后续破裂面形态、贯通模式、整个岩体失效强度的影响和尺度效应，揭示偶应力理论下岩体裂隙扩展机理。将传统损伤模型结合进来，建立偶应力理论损伤模型和裂隙岩体本构关系。该课题研究成果可以直接为裂隙岩体稳定性评价、节理岩体的科学锚固方案提供理论基础和分析工具。

相对于经典弹性理论而言，偶应力理论可以描述材料的尺寸效应。最近，偶应力理论的理论和数值求解成为新的研究热点。研究发现偶应力理论下和经典弹性理论下的二维裂隙扩展有较大区别。本课题首先采用室内实验方法，用岩石试件和多种脆性及近似脆性的类岩石材料，在其中预埋了单条和多条二维或三维裂隙来模拟含裂隙岩体。在单轴、双轴和三轴应力条件下，研究了预制裂隙的扩展规律和试件的破裂条件。新研制成功的二种类岩石材料及内置裂隙制作技术比国内外前人的效果都要好。试验中采用了声发射测试技术等先进手段。采用多种软件和分析方法做了裂隙扩展的对比研究，包括采用FLAC-3D，无网格法，DDA-RF方法等。本课题将偶应力理论与无网格法结合起来，建立了裂隙扩展的偶应力理论算法，并将偶应力理论数值模拟结果与经典理论和试验结果进行了对比，研究了偶应力对平面裂纹扩展的影响以及偶应力理论的尺度效应，揭示了偶应力理论下岩体平面裂隙扩展机理。