直剪條件下頁巖裂縫擴展演化機制研究
關鍵詞：巖石力學 頁巖 直接剪切 裂縫擴展 雁列狀裂縫
摘要：為深入認識頁巖剪切裂縫的擴展演化機制及其層理方向效應,通過直剪試驗,系統(tǒng)研究不同法向應力下不同層理方位頁巖剪切裂縫的擴展演化形態(tài),探討直剪過程中雁列狀裂縫成核、擴展、連接及貫通后形成宏觀剪切裂縫的力學機制及其層理方向效應。結果表明:(1)直剪時,剪切力誘導的張拉作用在剪切面附近產生雁列狀微裂縫,而雁列狀微裂縫的進一步擴展、連接及貫通等形成宏觀剪切破裂帶,剪切破裂帶的寬度不均一,表現(xiàn)出明顯的非均質性。(2)對層狀頁巖,直剪時一般沿層理形成雁列狀裂縫,而層理的開裂程度與開裂方向與層理方位直接相關,表現(xiàn)出明顯的層理方向效應;沿層理剪切時極難形成斜穿層理的雁列狀裂縫,剪切面為層理面,較平直、光滑;與層理成30°和60°角剪切時,均形成了沿層理的雁列狀裂縫,且30°時更明顯;垂直層理剪切時,仍能觀察到一定程度的層理開裂,但已較微弱。(3)雁列狀裂縫相互溝通后形成的剪切破裂面多呈鋸齒狀,摩擦滑動時易出現(xiàn)擦痕和磨損現(xiàn)象,而法向壓力能明顯抑制雁列狀裂縫的產生,使剪切面趨于光滑。(4)當剪切力與層理成一定夾角時,剪切力能誘導大量的層理開裂,形成復雜的裂縫形態(tài),而該裂縫形態(tài)多局限于剪切破裂帶,表現(xiàn)出明顯的變形局部化。
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