Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Cơ chế lan truyền vết nứt của các mẫu đá đơn và đôi khuyết tật dưới điều kiện căng–cắt
Tóm tắt
Khối đá của công trình ngầm thường đối mặt với thảm họa thất bại căng–cắt do việc khai thác. Tuy nhiên, cơ chế thất bại của các khối đá bị khuyết tật dưới trạng thái căng–cắt hiện vẫn chưa được hiểu rõ và chưa có nghiên cứu thực nghiệm liên quan do khó khăn trong công nghệ thử nghiệm. Để làm rõ cơ chế lan truyền vết nứt của các khối đá bị khuyết tật dưới ứng suất căng–cắt, nghiên cứu này đã thực hiện các thử nghiệm thực nghiệm sử dụng thiết bị hỗ trợ căng-cắt phát triển và mô phỏng số. Kết quả từ các thử nghiệm cắt trực tiếp trên các mẫu sa thạch đơn khuyết tật dưới ứng suất căng bình thường không đổi cho thấy rằng góc nghiên của khuyết tật và ứng suất bình thường căng ảnh hưởng đáng kể đến cường độ cắt và hình dạng vết nứt. Các vết nứt chủ yếu chịu sự kéo căng cho các góc nghiên khuyết tật khác nhau. Rất dễ hình thành các vết nứt thứ cấp để tạo ra thất bại hạt nhân với các vết nứt chính khi góc nghiên khuyết tật là một góc nhọn. Phân tích tương quan hình ảnh kỹ thuật số (DIC) cho thấy các vùng nén biến dạng dần tăng lên gần hai đầu khuyết tật và các vết nứt phát triển dọc theo các khu vực nén biến dạng. Hơn nữa, quá trình lan truyền vết nứt và sự phát triển của trường ứng suất trong các mẫu đơn khuyết tật và đôi khuyết tật đã được kiểm tra bằng mô phỏng DEM. Các vết nứt chính được khởi phát tại các vùng nén ứng suất căng của khuyết tật, và sau đó các vùng nén chuyển đến đầu vết nứt và thúc đẩy quá trình lan truyền vết nứt. Thất bại hạt nhân được hình thành bởi hai vết nứt cánh là một kiểu thất bại cầu đá chính trong các mẫu đôi khuyết tật. Khu vực thất bại hạt nhân trở nên nhỏ hơn và có thể biến mất do sự gia tăng ứng suất căng bình thường. Các kết luận có thể cung cấp tài liệu tham khảo lý thuyết cho việc đánh giá ổn định của việc khai thác khối đá ngầm.
Từ khóa
#thất bại căng-cắt #khối đá ngầm #ứng suất #vết nứt #mô phỏng sốTài liệu tham khảo
Cai W, Li Y, Gao K, Wang K (2021) Crack propagation mechanism in rock-like specimens containing intermittent flaws under shear loading. Theor Appl Fract Mech 117:103187
Chang X, Zhang X, Dang F, Zhang B, Chang F (2022) Failure behavior of sandstone specimens containing a single flaw under true triaxial compression. Rock Mech Rock Eng. https://doi.org/10.1007/s00603-021-02761-z
Chen J, Zhou H, Zeng ZQ, Lu JJ (2020) Macro- and microstructural characteristics of the tension–shear and compression–shear fracture of granite. Rock Mech Rock Eng 53:201–209
Cheng Z, Meng ZY, Feng ZC, Chong B (2018) Cracking processes and coalescence modes in rock-like specimens with two parallel pre-existing cracks. Rock Mech Rock Eng 51:3377–3393
Cho N, Martin CD, Sego DC (2008) Development of a shear zone in brittle rock subjected to direct shear. Int J Rock Mech Min Sci 45(8):1335–1346
Cundall PA, Potyondy DO (2004) A bonded-particle model for rock. Int J Rock Mech Min Sci 41(8):1329–1364
Du YT, Li TC, Li WT, Ren YD, Wang G, He P (2020) Experimental study of mechanical and permeability behaviors during the failure of sandstone containing two preexisting fissures under triaxial compression. Rock Mech Rock Eng 53(8):3673–3697
Fei F (2021) Phase-field approaches to discontinuities and fractures in geologic materials. Doctoral dissertation, The University of Hong Kong
Fu J, Haeri H, Sarfarazi V, Asgari K, Ebneabbasi P, Marji MF (2021) Guo M (2021) Extended finite element method simulation and experimental test on failure behavior of defects under uniaxial compression. Mech Adv Mater Struct. https://doi.org/10.1080/15376494.2021.1989730
Gehle C, Kutter HK (2003) Breakage and shear behaviour of intermittent rock joints. Int J Rock Mech Min Sci 40:687–700
Gerolymatou E, Triantafyllidis T (2016) Shearing of materials with intermittent joints. Rock Mech Rock Eng 49:2689–2700
Gu D, Liu H, Gao X, Huang D, Zhang W (2021) Influence of cyclic wetting-drying on the shear strength of limestone with a soft interlayer. Rock Mech Rock Eng 54:4369–4378
Guo XY, Chu XH (2021) The performance of five extended bond-based peridynamic models on crack simulation. Int J Appl Mech. https://doi.org/10.1142/S1758825121501015
Huang D, Cen DF, Song YX (2020a) Comparative investigation on the compression–shear and tension–shear behaviour of sandstone at different shearing rates. Rock Mech Rock Eng 53:3111–3131
Huang D, Guo YQ, Cen DF, Zhong Z, Song YX (2020b) Experimental investigation on shear mechanical behavior of sandstone containing a pre-existing flaw under unloading normal stress with constant shear stress. Rock Mech Rock Eng 53:3779–3792
Kerich EC (2020) Households drinking water sources and treatment methods options in a regional irrigation scheme. J Human Earth Future 1(1):10–19
Lan HX, Chen JH, Macciotta R (2019) Universal confined tensile strength of intact rock. Sci Rep 9:6170
Lee H, Jeon S (2011) An experimental and numerical study of fracture coalescence in pre-cracked specimens under uniaxial compression. Int J Solids Struct 48(6):979–999
Liu Z, Ma C, Wei X, Xie W (2021b) Experimental study of rock subjected to triaxial extension. Rock Mech Rock Eng. https://doi.org/10.1007/s00603-021-02660-3
Liu ZB, Zhou HY, Zhang W, Xie SY, Shao JF (2019) A new experimental method for tensile property study of quartz sandstone under confining pressure. Int J Rock Mech Min Sci 123:104091
Liu Z, Ma C, Wei X, Xie W (2021) Experimental study on mechanical properties and failure modes of pre-existing cracks in sandstone during uniaxial tension/compression testing. Eng Fract Mech 255:107966
Ma L, Lei Y, Ding L, Wu J, Li L, Yang M, Ju Y, Chiang F (2021) Evaluation of 3D deformation field in siltstone with a pre-existing 3D surface flaw under uniaxial compression using X-ray computed tomography and digital volumetric speckle photography. Measurement 2021:110484
Ouzaid I, Benmebarek N, Benmebarek S (2020) FEM optimisation of seepage control system used for base stability of excavation. Civil Eng J 6(9):1739–1751
Ramsey JM, Chester FM (2004) Hybrid fracture and the transition from extension fracture to shear fracture. Nature 428(6978):63–66
Sharafisafa M, Shen L, Xu Q (2018) Characterisation of mechanical behaviour of 3D printed rock-like material with digital image correlation. Int J Rock Mech Min Sci 112:122–138
Shoaib M, Yang W, Liang Y, Rehman G (2021) Stability and deformation analysis of landslide under coupling effect of rainfall and reservoir drawdown. Civil Eng J 7(7):1098–1111
Tang C (2021) A study on the mechanisms of tension-shear failure and the estimation model for key parameters of free-face-assisted rock breaking. Adv Civil Eng 2021:8816001
Wang LQ, Yin YP, Huang BL, Dai ZW (2020) Damage evolution and stability analysis of the Jianchuandong Dangerous Rock Mass in the Three Gorges Reservoir Area. Eng Geol 265:105439
Wong LNY, Einstein HH (2009a) Crack coalescence in molded gypsum and Carrara marble—part 1. macroscopic observations and interpretation. Rock Mech Rock Eng 42(3):475–511
Wong LNY, Einstein HH (2009b) Systematic evaluation of cracking behavior in specimens containing single flaws under uniaxial compression. Int J Rock Mech Min Sci 46:239–249
Wu Z, Wong LNY (2012) Frictional crack initiation and propagation analysis using the numerical manifold method. Comput Geotech 39:38–53
Yang SQ, Jiang YZ, Xu WY, Chen XQ (2008) Experimental investigation on strength and failure behavior of pre-cracked marble under conventional triaxial compression. Int J Solids Struct 45:4796–4819
Zhang XP, Wong LNY (2013) Crack initiation, propagation and coalescence in rock-like material containing two flaws: a numerical study based on bonded-particle model approach. Rock Mech Rock Eng 46(5):1001–1021
Zhang K, Wang L, Zhang W, Zhang Z, Zhou H (2021) Formation and failure mechanism of the Xinfangzi landslide in Chongqing City (China). Appl Sci 11:8963
Zhao S (2019) Zhang Q (2019) Dynamic crack propagation and fracture behavior of pre-cracked specimens under impact loading by split Hopkinson pressure bar. Adv Mater Sci Eng 4:1–11
Zhao S, Zhang Q, Liu L (2019) Crack initiation, propagation, and coalescence experiments in sandstone Brazilian disks containing pre-existing flaws. Adv Civil Eng 2019:9816067
Zhong Z, Huang D, Zhang Y, Ma G (2020) Experimental study on the effects of unloading normal stress on shear mechanical behaviour of sandstone containing a parallel fissure pair. Rock Mech Rock Eng 53:1647–1663