风化作用下层状板岩I型断裂特性试验研究

作者：李二强; 张龙飞; 赵宁宁^*; 朱天宇; 张洪昌; 冯吉利

来源：中南大学学报(自然科学版), 2022, 53(04): 1406-1415.

• 层状板岩
• 水-岩作用
• 风化
• 抗拉强度
• 断裂韧度
• 断裂形态

以甘肃岷县在建木寨岭隧道层状炭质板岩为研究对象，首先对即时烘干试样(试样加工完成后立即用烘箱烘干)和静置风化(加工后室内常温通风放置60 d)试样开展巴西劈裂试验，然后，对静置风化试样开展直缝半圆盘(SCB)试样三点弯试验，系统研究层状炭质板岩抗拉强度及其I型断裂特性。研究结果表明：即时烘干和静置风化炭质板岩试样抗拉强度均与层理关系密切，且受水-岩及风化综合作用，其抗拉力学性质显著劣化；不同层理倾角下静置风化炭质板岩SCB试验荷载-位移曲线形式具有一定相似性，均呈现出压密→近线弹性→塑性弱屈服→瞬时破坏跌落的发展过程；当层理倾角为0°，30°，45°，60°和90°时，试样断裂韧度随倾角增大而逐渐减小，依次为0.168,0.137,0.121,0.116和0.097 MPa·m~(1/2)，而在divider状态下试样断裂韧度陡增至最大即0.195 MPa·m~(1/2)，体现了层理、水-岩及风化作用对炭质板岩张拉断裂特性的显著影响；各组SCB试样均从直缝尖端起裂但其扩展路径因受层理影响而存在显著差异；根据试验数据拟合所得断裂韧度经验公式的可决系数R2为0.97，说明该公式可用于预测板岩等层状岩相关断裂参数及指导工程实践。

• 单位
  深部岩土力学与地下工程国家重点实验室; 建筑工程学院; 中国矿业大学（北京）; 土木工程学院; 洛阳理工学院