·1474· 工程科学学报，第39卷，第10期 用裂纹长宽L和W代替之 I型应力强度因子值随着试验进行其绝对值不断减 以含60°倾角裂纹岩体为例，计算每一步卸荷时 小，这是模型受压应力的原因.Ⅱ型应力强度因子则 裂纹尖端的应力强度因子，并用量纲一方法求得最终 不断增大，而Ⅲ型应力强度因子呈旋转对称分布状，每 结果，说明卸荷全过程裂尖应力强度因子的分布变化 一点的绝对值均沿正向不断增大 规律. 由此可得出，在开挖卸荷过程中，I型应力强 将60倾角裂纹岩体卸荷全过程裂尖I、Ⅱ和Ⅲ 度因子对岩体裂纹扩展的控制增强，Ⅱ和Ⅲ型尤其 型应力强度因子分布变化规律分别绘于图5(a)~(c) 是Ⅱ型应力强度因子的控制作用也增大，即卸荷过 中，可见它们的变化特征均非常明显.I型应力强度 程中裂纹扩展主要由剪应力控制，裂纹面受到的正 因子与Ⅱ型应力强度因子均沿z轴方向以裂尖中点为 应力不断减小，剪应力不断增大，这与理论分析是 中心对称分布，最大值基本都出现在两端，不同的是， 相符的 -0.2 0.60 一加载 一加截 -0.3 ,·第一步卸荷 0.55 ·第一步卸荷 第二步卸荷 第二步卸荷 4人44十无第三步辄 0.50 零第三步卸荷 ◆第四步卸荷 4←44◆第四步卸荷 0.5人◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆◆十第五步御荷 0.45 ◆第五步卸荷 一第六步卸荷 第六步卸荷 -0.6平◆第七步御荷 从学甲平平甲学氧”书七步印问 0.40 0.7 A山小小小小山山山4 0.35 -0.8 0.30 华春。路电 0.0246810214161820224 0.2502468101214161820224 积分点 积分点 (a ) 0.15m 一加线 ·第一步卸荷 0.12 +第二步卸荷 0.09 第三步御荷 ◆第四步卸荷 0.06 ←第五步卸荷 0.03 第六步卸荷 ◆第七步卸荷 0 -0.03 -0.06 -0.09 -0.12 -0.15024681012141618202224 积分点 (c) 图5卸荷60°倾角裂纹I(a)、Ⅱ(b)和Ⅲ(c)型应力强度因子分布规律 Fig.5 Distribution of stress intensity factor I(a)、Ⅱ(b)andⅢ(e)ofa60°crack 3.2.3不同长度裂纹对应力强度因子的影响 后大的趋势 仍以60°倾角裂纹为研究对象，保持上述卸荷速 综合以上分析，可得出结论：当裂纹倾角保持不变 率，分别改变裂纹长度为30、40和60mm,计算相应裂 时，裂纹长度对卸荷条件下裂纹起裂扩展具有较大的 尖应力强度因子 影响，即裂纹越长，其达到起裂的强度越小，裂纹越容 因不同长度下应力强度因子分布规律与50mm时 易发生扩展 类似，故此处仅以每个卸荷步最大值进行比较，分别将 3.2.4不同卸荷速率对岩体裂纹起裂的影响 四种长度下I、Ⅱ和Ⅲ型应力强度因子的变化绘于图 仍以60倾角裂纹为研究对象，裂纹长度50mm, 6(a)~(c)中，其中横坐标表示各个卸荷步.可以看 分别改变每步卸荷量为0.21、0.35和1.05MPa,即分 出，裂纹长度越长，I型应力强度因子绝对值越大，且 别以5次、3次和1次完成卸荷.计算每种卸荷方式下 在卸荷过程中，均不断减小，最终值相差不大，即越长 裂尖的I、Ⅱ和Ⅲ型应力强度因子随御荷步的值，取其 的裂纹下降速度越快.Ⅱ型应力强度因子随着裂纹长 中每一步的最大值，分别绘于图7(a)~(c)中. 度的增加而不断加大，相邻长度裂纹差值保持一个微 由于是求的静态不扩展下的应力强度因子值，因 小的变化.而Ⅲ型应力强度因子随长度加大呈现先小 此其最终强度值相等.由这三图可以看出，由于相同工程科学学报,第 39 卷,第 10 期 用裂纹长宽 L 和 W 代替之. 以含 60毅倾角裂纹岩体为例,计算每一步卸荷时 裂纹尖端的应力强度因子,并用量纲一方法求得最终 结果,说明卸荷全过程裂尖应力强度因子的分布变化 规律. 将 60毅倾角裂纹岩体卸荷全过程裂尖玉、域和芋 型应力强度因子分布变化规律分别绘于图 5(a) ~ (c) 中,可见它们的变化特征均非常明显. 玉型应力强度 因子与域型应力强度因子均沿 z 轴方向以裂尖中点为 中心对称分布,最大值基本都出现在两端,不同的是, 玉型应力强度因子值随着试验进行其绝对值不断减 小,这是模型受压应力的原因. 域型应力强度因子则 不断增大,而芋型应力强度因子呈旋转对称分布状,每 一点的绝对值均沿正向不断增大. 由此可得出,在开挖卸荷过程中,玉型应力强 度因子对岩体裂纹扩展的控制增强,域和芋型尤其 是域型应力强度因子的控制作用也增大,即卸荷过 程中裂纹扩展主要由剪应力控制,裂纹面受到的正 应力不断减小,剪应力不断增大,这与理论分析是 相符的. 图 5 卸荷 60毅倾角裂纹玉(a)、域(b)和芋(c)型应力强度因子分布规律 Fig. 5 Distribution of stress intensity factor 玉(a)、域(b) and 芋(c) of a 60毅 crack 3郾 2郾 3 不同长度裂纹对应力强度因子的影响 仍以 60毅倾角裂纹为研究对象,保持上述卸荷速 率,分别改变裂纹长度为 30、40 和 60 mm,计算相应裂 尖应力强度因子. 因不同长度下应力强度因子分布规律与 50 mm 时 类似,故此处仅以每个卸荷步最大值进行比较,分别将 四种长度下玉、域和芋型应力强度因子的变化绘于图 6(a) ~ ( c)中,其中横坐标表示各个卸荷步. 可以看 出,裂纹长度越长,玉型应力强度因子绝对值越大,且 在卸荷过程中,均不断减小,最终值相差不大,即越长 的裂纹下降速度越快. 域型应力强度因子随着裂纹长 度的增加而不断加大,相邻长度裂纹差值保持一个微 小的变化. 而芋型应力强度因子随长度加大呈现先小 后大的趋势. 综合以上分析,可得出结论:当裂纹倾角保持不变 时,裂纹长度对卸荷条件下裂纹起裂扩展具有较大的 影响,即裂纹越长,其达到起裂的强度越小,裂纹越容 易发生扩展. 3郾 2郾 4 不同卸荷速率对岩体裂纹起裂的影响 仍以 60毅倾角裂纹为研究对象,裂纹长度 50 mm, 分别改变每步卸荷量为 0郾 21、0郾 35 和 1郾 05 MPa,即分 别以 5 次、3 次和 1 次完成卸荷. 计算每种卸荷方式下 裂尖的玉、域和芋型应力强度因子随卸荷步的值,取其 中每一步的最大值,分别绘于图 7(a) ~ (c)中. 由于是求的静态不扩展下的应力强度因子值,因 此其最终强度值相等. 由这三图可以看出,由于相同 ·1474·