·1794· 工程科学学报，第39卷，第12期 现出相同的变化趋势，所以不影响本文对含孔洞试样 同样先在孔洞上下端出现：孔洞下方的转角处由于压 力学变化规律的研究.从图2(c)可知，各试样的峰值 应力集中出现了初始剪切裂纹：随着轴向荷载增加，剪 应力大小关系为：完整试样>马蹄形孔试样>圆形孔 切裂纹继续扩展形成宏观破坏裂纹导致试样发生剪切 试样>矩形孔试样 破坏，孔洞左侧同样出现了明显的剥落现象 在单轴压缩试验过程中，采用高速摄影仪记录了 作为对比，图4给出了单轴压缩条件下含孔洞试 岩石的破坏过程，图3给出了含孔洞大理岩试样的裂 样裂纹扩展的数值模拟结果，图中黑色和红色分别代 纹扩展过程.如图3(a)所示，单轴压缩条件下，含圆 表张拉型微裂纹和剪切型微裂纹.如图4(a)所示，单 形孔洞的大理岩试样首先在孔洞上下边缘出现初始拉 轴压缩条件下，含圆形孔洞试样首先在孔洞上边缘出 伸裂纹白斑，在孔洞左侧出现了初始剪切裂纹，剪切裂 现了拉伸裂纹：当轴压增加到38.5MPa时，孔洞下边 纹向左上方延伸形成宏观破坏裂纹，同时孔洞左下方 缘出现了另一条拉伸裂纹，拉伸裂纹沿平行于加载方 出现了远场拉伸裂纹；随后孔洞右侧的剪切裂纹向右 向延伸，同时孔洞左下方形成了一条远场拉伸裂纹，试 下方延伸，导致试样发生宏观剪切破坏.对于矩形孔 样左下边角被压碎，形成了一条宏观裂纹：轴压增加到 洞试样，如图3(b)所示，初始拉伸裂纹白斑首先在孔 峰值应力后，微观裂纹快速增加，剪切裂纹从孔洞左右 洞上下端出现：随后孔洞左下角出现了初始剪切裂纹， 两侧沿试样对角方向延伸，导致试样发生剪切破坏，但 初始剪切裂纹向左上方延伸形成宏观破坏裂纹，孔洞 孔洞上下两端的拉伸裂纹没有延伸至试样外边缘.由 左侧出现了明显的剥落现象：最后另一条宏观剪切裂 图4()可知，矩形孔洞试样首先在孔洞上边缘出现了 纹在孔洞右下方形成，导致试件发生失稳破坏.对于 初始拉伸裂纹：随后，另一条拉伸裂纹出现在孔洞下边 马蹄形孔洞试样，如图3（©）所示，初始拉伸裂纹白斑 缘，孔洞周边转角处由于压应力集中出现了少量微观 一宏观破坏裂纹 初始拉 神裂纹 初始剪切裂纹 远场拉伸裂纹 孔壁剥落 宏观破坏裂纹 初始拉 伸裂纹 T2 T2 T2 初始剪切裂纹 孔壁剥落 ←一宏观破坏裂纹 (c 初始拉 伸裂纹 初始剪切裂纹 图3单轴压缩条件下含孔洞大理岩试样的裂纹扩展过程（室内试验结果）.()圆形孔洞：(b)矩形孔洞：()马蹄形孔洞 Fig.3 Crack coalescence process of marble specimens containing a single hole under uniaxial compression (laboratory results):(a)circular hole: (b)rectangular hole:(c)U-shaped hole工程科学学报，第 39 卷，第 12 期 现出相同的变化趋势，所以不影响本文对含孔洞试样 力学变化规律的研究． 从图 2( c) 可知，各试样的峰值 应力大小关系为: 完整试样 ＞ 马蹄形孔试样 ＞ 圆形孔 试样 ＞ 矩形孔试样． 在单轴压缩试验过程中，采用高速摄影仪记录了 岩石的破坏过程，图 3 给出了含孔洞大理岩试样的裂 纹扩展过程． 如图 3( a) 所示，单轴压缩条件下，含圆 图 3 单轴压缩条件下含孔洞大理岩试样的裂纹扩展过程 ( 室内试验结果) ． ( a) 圆形孔洞; ( b) 矩形孔洞; ( c) 马蹄形孔洞 Fig． 3 Crack coalescence process of marble specimens containing a single hole under uniaxial compression ( laboratory results) : ( a) circular hole; ( b) rectangular hole; ( c) U-shaped hole 形孔洞的大理岩试样首先在孔洞上下边缘出现初始拉 伸裂纹白斑，在孔洞左侧出现了初始剪切裂纹，剪切裂 纹向左上方延伸形成宏观破坏裂纹，同时孔洞左下方 出现了远场拉伸裂纹; 随后孔洞右侧的剪切裂纹向右 下方延伸，导致试样发生宏观剪切破坏． 对于矩形孔 洞试样，如图 3( b) 所示，初始拉伸裂纹白斑首先在孔 洞上下端出现; 随后孔洞左下角出现了初始剪切裂纹， 初始剪切裂纹向左上方延伸形成宏观破坏裂纹，孔洞 左侧出现了明显的剥落现象; 最后另一条宏观剪切裂 纹在孔洞右下方形成，导致试件发生失稳破坏． 对于 马蹄形孔洞试样，如图 3( c) 所示，初始拉伸裂纹白斑 同样先在孔洞上下端出现; 孔洞下方的转角处由于压 应力集中出现了初始剪切裂纹; 随着轴向荷载增加，剪 切裂纹继续扩展形成宏观破坏裂纹导致试样发生剪切 破坏，孔洞左侧同样出现了明显的剥落现象． 作为对比，图 4 给出了单轴压缩条件下含孔洞试 样裂纹扩展的数值模拟结果，图中黑色和红色分别代 表张拉型微裂纹和剪切型微裂纹． 如图 4( a) 所示，单 轴压缩条件下，含圆形孔洞试样首先在孔洞上边缘出 现了拉伸裂纹; 当轴压增加到 38. 5 MPa 时，孔洞下边 缘出现了另一条拉伸裂纹，拉伸裂纹沿平行于加载方 向延伸，同时孔洞左下方形成了一条远场拉伸裂纹，试 样左下边角被压碎，形成了一条宏观裂纹; 轴压增加到 峰值应力后，微观裂纹快速增加，剪切裂纹从孔洞左右 两侧沿试样对角方向延伸，导致试样发生剪切破坏，但 孔洞上下两端的拉伸裂纹没有延伸至试样外边缘． 由 图 4( b) 可知，矩形孔洞试样首先在孔洞上边缘出现了 初始拉伸裂纹; 随后，另一条拉伸裂纹出现在孔洞下边 缘，孔洞周边转角处由于压应力集中出现了少量微观 · 4971 ·