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工程材料的基本破壞形式有脆性斷裂和塑性屈服兩種，其中脆性斷裂的理論包括最大拉應(yīng)力理論和最大線應(yīng)變理論，塑性屈服理論中有最大剪應(yīng)力理論和形狀改變能密度理論。目前巖石力學領(lǐng)域應(yīng)用的主要有限元分析中強度理論、準則和統(tǒng)一強度理論等均為剪切強度理論，準則為脆斷強度理論，準則為基于試驗的經(jīng)驗型強度準則。
巖石材料破壞是一個復(fù)雜的過程，大量研究發(fā)現(xiàn)巖石破壞(尤其是硬巖破壞)有明顯的脆性剪切破壞特征，即破壞中存在脆斷破裂和剪切滑動兩種變形破壞機制，而常規(guī)強度準則在理論解釋和強度計算上都出現(xiàn)了不同程度的偏差.隨著地下開挖深度的不斷增大“脆性增強”現(xiàn)象的研究也成為深部巖體本構(gòu)特性的一個重要課題，針對巖石、巖體的脆性剪切破壞特征，Martin在20世紀90年代提出了針對脆性硬巖破壞的強度準則中的強度參數(shù)準則。趙星光結(jié)合巖石峰后本構(gòu)試驗結(jié)果，建立基于脆性硬巖的隧道剪脹模型，得到了與實際破壞范圍較為一致的結(jié)果。Cai等采用模擬和理論分析手段對單軸壓縮條件下的破壞形式和裂隙演化進行了分析，Peng等也提出了巖石剪切破壞過程理論，如圖所示，圖中分別為初試應(yīng)力、裂隙閉合應(yīng)力、裂隙擴展應(yīng)力和裂隙破壞應(yīng)力。上述理論建立在宏觀巖石力學強度理論基礎(chǔ)上，無法對巖石破壞過程中脆性破損的族簇裂隙出現(xiàn)和發(fā)展的現(xiàn)象進行分析，因此在脆性剪切破壞的計算分析中需加入巖石斷裂力學的理論補充。近年來發(fā)展的巖石斷裂力學雖然能夠從原理上解釋單裂隙和雙裂隙簡單情況下的巖石類似拉破壞的破壞現(xiàn)象，但目前尚缺乏有效理論和數(shù)據(jù)分析來進行工程應(yīng)用方面的研究。因此，本研究綜合斷裂力學和巖石彈塑性力學機理，對巖石脆性剪切破壞機制進行研究，結(jié)合自身工程試驗數(shù)據(jù)建立適合深脆性剪切破壞機制下的強度分析方法，并對具體工程進行穩(wěn)定性分析，提出工程建議。
脆斷破壞是斷裂力學研究的主要破壞形式。斷裂力學中，針對裂隙開展的判據(jù)也分為四大類，即最大周向應(yīng)力理論、應(yīng)變能密度因子理論、最大能量釋放率理論和最大張應(yīng)力理論，其中應(yīng)用較廣的是最大能量釋放率理論和最大張應(yīng)力理論。李世愚等對理想脆性材料的受壓條件下的裂縫的擴展進行了試驗和理論研究，研究結(jié)果顯示，脆性材料的破壞是一種張拐式裂紋破壞模式，不同類型的裂隙組合可以使材料的整體強度有不同程度的降低，但是目前對裂隙組合條件下的破壞分析只限于定性分析或者簡單裂隙組合下的定量分析。天然巖體材料中，巖石的張性破裂強度不等同于實驗室內(nèi)的簡單裂隙組合計算結(jié)果，雖然從理論上能得到一些定性的結(jié)果，但根據(jù)相應(yīng)裂隙發(fā)展路徑得到具體巖樣破裂強度的想法，也由于天然巖體裂隙組合復(fù)雜多變的原因而不可實現(xiàn)。因而，針對此種破壞類型的計算分析及工程應(yīng)用還應(yīng)從宏觀可測物理量來尋求能反映整體規(guī)律的解決方法，以強度理論和Tresca理論等為代表的剪切破壞理論是目前巖石材料強度分析的主要理論。
剪切破壞理論認為破裂面沿自身所在平面持續(xù)擴展，理論給出了巖石破壞面角度計算方法，見圖，e為破壞面傾角，從莫爾圓分析中可以得到，剪切破壞條件下巖石破壞面角度，因此剪切破壞理論無法解釋巖石材料破壞中出現(xiàn)的折拐張性裂隙擴展情況，對部分脆性巖石在單軸壓縮條件下出現(xiàn)的豎向破裂面也不能給出合理的分析結(jié)果。但是，從巖石斷裂力學中可以得出準則是斷裂力學中確定的最優(yōu)裂紋角度，說明理論實際上是確定了微裂紋群體中最早破裂的裂紋集合。因此，巖石材料在破壞過程中脆斷破壞是裂隙發(fā)育的結(jié)果，而剪切破壞是裂隙集群化綜合作用的表現(xiàn)，二者有區(qū)別也存在聯(lián)系。由于巖石材料中天然地存在微裂隙，而且較土體材料有一定脆性，因此巖石材料發(fā)生的是脆斷、剪切兩種破壞模式的綜合性破壞過程。
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