杨圣奇等：不同层理页岩常规三轴压缩力学特性离散元模拟 433· 的改变试样最终破坏模式也随之改变.当=0时， 试样的承载能力，试样需要产生更多的裂纹才会 在模拟结果中页岩在单轴压缩下的破坏模式为沿 使试样失去承载能力，而且模拟中使用的刚性墙 多个层理面的劈裂破坏，除此以外还出现了部分 体施加围压一定程度上减少了在纵向不均匀性的 贯通层理面的剪切裂纹，这与试验结果中试样出 影响.当-90时，页岩在单轴压缩情况下，破坏时 现以沿层理产生的拉裂纹为主并且最终呈现劈裂 出现贯穿层理面的劈裂裂纹和沿层理面产生的横 破坏的形式十分相似；随着围压的增加，模拟和试 向剪切裂纹：施加围压后，数值模拟结果与试验结 验结果均出现“V”形剪切破坏，并且模拟结果中 果均表现为贯穿多层理的剪切破坏，但在试验结 的裂纹数目也随之增加，此时试验与模拟破裂模 果中多表现为单一剪切破环，在模拟结果中表现 式存在差异，这是由于高围压的限制作用增强了 为共轭剪切破坏 表2常规三轴压缩下层理页岩试验与模拟破坏模式对比 Table 2 Comparison between experimental and numerical failure modes of the bedding shale specimens underconventional triaxial compression Confining pressures/MPa Bedding inclination/() Failure mode 0 5 10 20 40 60 t0- 0 0 Experimental result 0 Numerical result Experimental result 90 Numerical result 通过对模拟与实验结果中的峰值强度及破坏 础上可以使用PFC2D对不同层理角度页岩进行常 模式的对比可以看出，使用该组参数PFC可以较 规三轴压缩模拟，分析围压及层理角度对页岩力 好地模拟B=0°和90的页岩的力学特性.在此基 学特性的影响.的改变试样最终破坏模式也随之改变. 当 β=0°时， 在模拟结果中页岩在单轴压缩下的破坏模式为沿 多个层理面的劈裂破坏，除此以外还出现了部分 贯通层理面的剪切裂纹，这与试验结果中试样出 现以沿层理产生的拉裂纹为主并且最终呈现劈裂 破坏的形式十分相似；随着围压的增加，模拟和试 验结果均出现“V”形剪切破坏，并且模拟结果中 的裂纹数目也随之增加，此时试验与模拟破裂模 式存在差异，这是由于高围压的限制作用增强了 试样的承载能力，试样需要产生更多的裂纹才会 使试样失去承载能力，而且模拟中使用的刚性墙 体施加围压一定程度上减少了在纵向不均匀性的 影响. 当 β=90°时，页岩在单轴压缩情况下，破坏时 出现贯穿层理面的劈裂裂纹和沿层理面产生的横 向剪切裂纹；施加围压后，数值模拟结果与试验结 果均表现为贯穿多层理的剪切破坏，但在试验结 果中多表现为单一剪切破坏，在模拟结果中表现 为共轭剪切破坏. 表 2 常规三轴压缩下层理页岩试验与模拟破坏模式对比 Table 2   Comparison between experimental and numerical failure modes of the bedding shale specimens underconventional triaxial compression Bedding inclination/(°) Failure mode Confining pressures/MPa 0 5 10 20 40 60 0 Experimental result[21] Numerical result 90 Experimental result [21] Numerical result 通过对模拟与实验结果中的峰值强度及破坏 模式的对比可以看出，使用该组参数 PFC 可以较 好地模拟 β = 0°和 90°的页岩的力学特性. 在此基 础上可以使用 PFC2D 对不同层理角度页岩进行常 规三轴压缩模拟，分析围压及层理角度对页岩力 学特性的影响. 杨圣奇等： 不同层理页岩常规三轴压缩力学特性离散元模拟 · 433 ·