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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,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,摩擦滑動時易出現擦痕和磨損現象,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,而該裂縫形態多局限于剪切破裂帶,表現出明顯的變形局部化。
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