李夕兵等：考虑岩石交界面方向效应的巴西劈裂试验研究 ·1299· 砂浆的圆柱形试样进行了室内单轴压缩实验，得到了 如表2所示的宏观力学参数.利用P℉C2”建立了如图7 所示的二维离散元模型，模型直径为75mm,黑色箭头 表示加载方向，并通过“试错法”标定模型的微观参 数，直到数值模型的宏观参数与单轴压缩实验所获得 的宏观力学参数一致，微观力学参数如表3所示.本 次模拟的岩石一水泥砂浆交界面与加载方向的角度0 分别为0°，15°，30°，45°，60°，75°和90°. 表2单轴压缩试验下岩石和水泥砂浆的宏观力学参数 Table 2 Macroscopic mechanical parameters of rock and cement mortar under uniaxial compression test 密度，pl 单轴抗压强 弹性模量，泊松比， 图7岩石一水泥砂浆交界面的数值模型 试样类型 (kg'm-3) 度，ce/MPa E/GPa Fig.7 Numerical model of rock-cement mortar interface 花岗岩 2641.07 133.97 33.370 0.213 3.2数值模拟结果分析 水泥砂浆 1866.49 20.89 4.469 0.164 通过程序自带的FISH语言，PFC2”在微观方面可 表3数值模型的微观参数 Table 3 Microscopic parameters of numerical model 接触黏结 平行黏结 试样 粒径/mm 摩擦系数 模量/GPa 刚度比 模量/GPa 刚度比 法向强度/MPa 切向强度/MPa 花岗岩 0.300-0.498 0.5 24.8 2.0 24.8 2.0 84.5±8.5 105.2±10.5 水泥砂浆 0.300~0.498 0.5 3.2 1.4 3.2 1.4 14.1±1.4 17.6±1.8 交界面 0.300~0.498 0.5 14.0 1.7 14.0 1.7 1.0±0.1 1.0±0.1 以监测试验过程中试样内部各点的接触力、微裂隙类 形成宏观可见裂纹.因此，选用裂纹分布图和位移矢 型以及微裂隙数量的变化，在宏观方面可以观察到试 量场来分析试样的破坏机理 样表面裂隙的发育、试样整体的位移等情况.P℉C2” 图8显示了不同方向下的岩石一水泥砂浆交界面 中，当颗粒受到外界载荷作用时，颗粒之间发生移动并 发生破坏时的裂纹分布图，红色表示剪切裂纹，黑色表 改变颗粒之间的黏结作用力，当黏结作用力超过颗粒 示拉伸裂纹.表4给出了不同方向下总裂纹数目、拉 之间的黏结强度时，微观裂纹产生，相邻裂纹搭接进而 伸裂纹数目及比例和剪切裂纹数目及比例.岩石一水 (a b 6 图8不同方向下的裂纹分布图.(a)6=0°：(b)0=15°：(c)6=30°：(d)0=45°；(e)0=60°：()6=75°；(g)6=90° Fig.8 Crack distributions under different orientations:(a)6=0°；(b)6=l5°；(c)6=30°；(d)8=45°；(e)8=60°；(f)0-75°；(g)6= 90°李夕兵等: 考虑岩石交界面方向效应的巴西劈裂试验研究 砂浆的圆柱形试样进行了室内单轴压缩实验,得到了 如表 2 所示的宏观力学参数. 利用 PFC 2D建立了如图 7 所示的二维离散元模型,模型直径为 75 mm,黑色箭头 表示加载方向,并通过“试错法冶 标定模型的微观参 数,直到数值模型的宏观参数与单轴压缩实验所获得 的宏观力学参数一致,微观力学参数如表 3 所示. 本 次模拟的岩石―水泥砂浆交界面与加载方向的角度 兹 分别为 0毅,15毅,30毅,45毅,60毅,75毅和 90毅. 表 2 单轴压缩试验下岩石和水泥砂浆的宏观力学参数 Table 2 Macroscopic mechanical parameters of rock and cement mortar under uniaxial compression test 试样类型 密度,籽 / (kg·m - 3 ) 单轴抗压强 度,滓c / MPa 弹性模量, E/ GPa 泊松比, 自 花岗岩 2641郾 07 133郾 97 33郾 370 0郾 213 水泥砂浆 1866郾 49 20郾 89 4郾 469 0郾 164 图 7 岩石―水泥砂浆交界面的数值模型 Fig. 7 Numerical model of rock鄄鄄 cement mortar interface 3郾 2 数值模拟结果分析 通过程序自带的 FISH 语言,PFC 2D在微观方面可 表 3 数值模型的微观参数 Table 3 Microscopic parameters of numerical model 试样 粒径/ mm 摩擦系数 接触黏结 平行黏结 模量/ GPa 刚度比 模量/ GPa 刚度比 法向强度/ MPa 切向强度/ MPa 花岗岩 0郾 300 ~ 0郾 498 0郾 5 24郾 8 2郾 0 24郾 8 2郾 0 84郾 5 依 8郾 5 105郾 2 依 10郾 5 水泥砂浆 0郾 300 ~ 0郾 498 0郾 5 3郾 2 1郾 4 3郾 2 1郾 4 14郾 1 依 1郾 4 17郾 6 依 1郾 8 交界面 0郾 300 ~ 0郾 498 0郾 5 14郾 0 1郾 7 14郾 0 1郾 7 1郾 0 依 0郾 1 1郾 0 依 0郾 1 图 8 不同方向下的裂纹分布图 郾 (a) 兹 = 0毅; (b) 兹 = 15毅; (c) 兹 = 30毅; (d) 兹 = 45毅; (e) 兹 = 60毅; (f) 兹 = 75毅; (g) 兹 = 90毅 Fig. 8 Crack distributions under different orientations: (a) 兹 = 0毅; (b) 兹 = 15毅; (c) 兹 = 30毅; (d) 兹 = 45毅; (e) 兹 = 60毅; (f) 兹 = 75毅; (g) 兹 = 90毅 以监测试验过程中试样内部各点的接触力、微裂隙类 型以及微裂隙数量的变化,在宏观方面可以观察到试 样表面裂隙的发育、试样整体的位移等情况. PFC 2D 中,当颗粒受到外界载荷作用时,颗粒之间发生移动并 改变颗粒之间的黏结作用力,当黏结作用力超过颗粒 之间的黏结强度时,微观裂纹产生,相邻裂纹搭接进而 形成宏观可见裂纹. 因此,选用裂纹分布图和位移矢 量场来分析试样的破坏机理. 图 8 显示了不同方向下的岩石―水泥砂浆交界面 发生破坏时的裂纹分布图,红色表示剪切裂纹,黑色表 示拉伸裂纹. 表 4 给出了不同方向下总裂纹数目、拉 伸裂纹数目及比例和剪切裂纹数目及比例. 岩石―水 ·1299·