·1296· 工程科学学报，第39卷，第9期 研究了煤岩组合体的破坏特性和力学行为，并利用声 性.刘恺德等[]和刘晓辉等[]研究了煤岩的不同层 发射监测系统对煤岩组合体的单轴试验过程进行了声 理方向对抗拉强度的影响. 发射监测.众所周知，作为岩体中的薄弱面，岩石的交 岩体中岩石交界面的方向效应使岩体呈现了一定 界面不仅会降低岩体的力学强度，水也易从交界面渗 的各向异性，然而针对岩石交界面的方向与岩体破坏 入，导致岩体的破坏往往发生在岩石交界面上.因此， 形式之间关系的研究仍比较少.进行岩石交界面方向 研究岩石交界面的破坏特性对工程的安全性分析与评 效应的研究是当前一个崭新的研究思路.本文利用巴 价具有重要作用. 西劈裂试验研究了岩石交界面的方向对岩体破坏形式 与直接拉伸试验相比较，巴西劈裂试验是一个简 的影响，观察、总结了巴西盘的抗拉强度和破坏形态， 单、间接测试岩石或者类岩石材料拉伸特性的方法. 并利用颗粒流程序PFC2D(partical flow code in2 dimen- 自从Hondrost)于1959年提出径向加载下巴西盘的应 sios)研究了不同交界面-加载方向夹角影响下的破 力分布的理论公式后，巴西劈裂方法便不断发展. 坏机制 2012年，Li和Wong)对巴西劈裂试验的应用进行了 1试验条件 回顾，总结了巴西劈裂试验的发展历程.发展的初期 主要集中在巴西试验的有效性[]以及与其他测量拉伸 1.1试样准备 强度方法的比较[).自从巴西劈裂试验被国际岩石力 考虑到岩石交界面较难加工，本文仅考虑硬岩 学学会推荐为间接拉伸测试方法后[]，巴西试验得到 与软岩交界面的方向效应，并且采用水泥砂浆代替 了进一步发展.为了改善巴西试验加载处的应力集中 软岩，硬岩采用花岗岩.首先，在花岗岩岩块上用 现象，王启智等[9-]提出了平台巴西试验的方法.宫 钻具钻取岩芯，采用切割机切割打磨芯样，制成花 凤强和李夕兵[)基于微积分原理，结合理论解，推导 岗岩圆盘，如图1(a)所示.花岗岩圆盘表面光滑， 出了岩石拉伸模量和总位移变形量之间的关系式. 上、下表面的平行度控制在0.5mm以内，表面的平 Zhou等[]也将巴西劈裂试验方法扩展至动态加载条 面度控制在0.1mm以内.然后，采用水刀切割花 件下，得到了花岗岩的动态拉伸特性.许多学者也利 岗岩岩样，将花岗岩圆盘一分为二，如图1(b)所 用巴西劈裂试验对岩石各向异性的特性开展了研究. 示.最后，进行水泥砂浆部分的制作，制作过程在 其中，Istvan等)对横观各向同性岩石的抗拉强度做 实验室内完成，如图2.先将花岗岩试样放入钢模 了研究.Tavallali和Vervoort研究了层状砂岩的层 的半边，再将水泥砂浆倒入钢模的另外半边，振捣 理方向对破坏的影响。谭鑫等56)也通过巴西劈裂试 拌匀，24h后拆模放入恒温恒湿箱养护.28d后取 验和离散单元法模拟研究了考虑层理构造的非均质片 出试样进行巴西劈裂试验，见图1（℃），画线方向为 麻岩的破坏特性.刘运思等]考虑了板岩的各向异 加载方向. (a) 图1试样准备.(a)花岗岩：(b)水刀切割后的半花岗岩：(c)组合试样 Fig.I Preparation of specimens:(a)granite;(b)half-granite by water-jetting;(c)composed specimen b y 图2制作交界面.(a)模具；(b)放入花岗岩：(c)倒入水泥砂浆 Fig.2 Preparation of interfaces:(a)mould;(b)mould with granite;(c)mould with granite and cement mortar工程科学学报,第 39 卷,第 9 期 研究了煤岩组合体的破坏特性和力学行为,并利用声 发射监测系统对煤岩组合体的单轴试验过程进行了声 发射监测. 众所周知,作为岩体中的薄弱面,岩石的交 界面不仅会降低岩体的力学强度,水也易从交界面渗 入,导致岩体的破坏往往发生在岩石交界面上. 因此, 研究岩石交界面的破坏特性对工程的安全性分析与评 价具有重要作用. 与直接拉伸试验相比较,巴西劈裂试验是一个简 单、间接测试岩石或者类岩石材料拉伸特性的方法. 自从 Hondros [4]于 1959 年提出径向加载下巴西盘的应 力分布的理论公式后,巴西劈裂方法便不断发展. 2012 年,Li 和 Wong [5] 对巴西劈裂试验的应用进行了 回顾,总结了巴西劈裂试验的发展历程. 发展的初期 主要集中在巴西试验的有效性[6]以及与其他测量拉伸 强度方法的比较[7] . 自从巴西劈裂试验被国际岩石力 学学会推荐为间接拉伸测试方法后[8] ,巴西试验得到 了进一步发展. 为了改善巴西试验加载处的应力集中 现象,王启智等[9鄄鄄10] 提出了平台巴西试验的方法. 宫 凤强和李夕兵[11] 基于微积分原理,结合理论解,推导 出了岩石拉伸模量和总位移变形量之间的关系式. Zhou 等[12]也将巴西劈裂试验方法扩展至动态加载条 件下,得到了花岗岩的动态拉伸特性. 许多学者也利 用巴西劈裂试验对岩石各向异性的特性开展了研究. 其中,Istvan 等[13]对横观各向同性岩石的抗拉强度做 了研究. Tavallali 和 Vervoort [14] 研究了层状砂岩的层 理方向对破坏的影响. 谭鑫等[15鄄鄄16]也通过巴西劈裂试 验和离散单元法模拟研究了考虑层理构造的非均质片 麻岩的破坏特性. 刘运思等[17] 考虑了板岩的各向异 性. 刘恺德等[18]和刘晓辉等[19] 研究了煤岩的不同层 理方向对抗拉强度的影响. 岩体中岩石交界面的方向效应使岩体呈现了一定 的各向异性,然而针对岩石交界面的方向与岩体破坏 形式之间关系的研究仍比较少. 进行岩石交界面方向 效应的研究是当前一个崭新的研究思路. 本文利用巴 西劈裂试验研究了岩石交界面的方向对岩体破坏形式 的影响,观察、总结了巴西盘的抗拉强度和破坏形态, 并利用颗粒流程序 PFC 2D (partical flow code in 2 dimen鄄 sions)研究了不同交界面鄄鄄 加载方向夹角影响下的破 坏机制. 1 试验条件 1郾 1 试样准备 考虑到岩石交界面较难加工,本文仅考虑硬岩 与软岩交界面的方向效应,并且采用水泥砂浆代替 软岩,硬岩采用花岗岩. 首先,在花岗岩岩块上用 钻具钻取岩芯,采用切割机切割打磨芯样,制成花 岗岩圆盘,如图 1 ( a) 所示. 花岗岩圆盘表面光滑, 上、下表面的平行度控制在 0郾 5 mm 以内,表面的平 面度控制在 0郾 1 mm 以内. 然后,采用水刀切割花 岗岩岩样,将花岗岩圆盘 一 分 为 二,如 图 1 ( b) 所 示. 最后,进行水泥砂浆部分的制作,制作过程在 实验室内完成,如图 2. 先将花岗岩试样放入钢模 的半边,再将水泥砂浆倒入钢模的另外半边,振捣 拌匀,24 h 后拆模放入恒温恒湿箱养护. 28 d 后取 出试样进行巴西劈裂试验,见图 1 ( c) ,画线方向为 加载方向. 图 1 试样准备. (a)花岗岩;(b)水刀切割后的半花岗岩;(c)组合试样 Fig. 1 Preparation of specimens: (a) granite; (b) half鄄granite by water鄄jetting; (c) composed specimen 图 2 制作交界面. (a)模具; (b)放入花岗岩; (c)倒入水泥砂浆 Fig. 2 Preparation of interfaces: (a) mould; (b) mould with granite; (c) mould with granite and cement mortar ·1296·