李夕兵等：考虑岩石交界面方向效应的巴西劈裂试验研究 ·1301· 为沿交界面的拉-剪破坏 3.3水泥砂浆强度对破坏形式的影响 为了研究在巴西试验中，水泥砂浆强度对破坏行 为的影响，开展了一系列的数值模拟.包括了不同的 水泥砂浆的单轴压缩强度，分别为花岗岩单轴压缩强 度的0.150.20.3和0.4倍（简称强度比），其他参数 保持不变，表5显示了破坏形式.从表5中可以看出， 对于0=15°时，无论水泥砂浆的强度多大（本模拟范 围内)，始终发生沿交界面的拉-剪破坏，水泥砂浆中 不可能发生拉伸破坏.对于0=30°，当水泥砂浆的强 图118=0°和日=15°的位移矢量分布放大图.(a)6=0°： 度达到花岗岩强度的0.4倍时，水泥砂浆中出现拉伸 (b)0=15° 裂纹，并且在岩石中也出现了剪切裂纹.0=45°时，水 Fig.11 Enlarged view of displacement vector distributions for 泥砂浆的强度为花岗岩强度的0.3倍时，水泥砂浆中 0°and0=15°：(a)0=0°：(b)0=15° 就发生拉伸破坏.而0=60°时，水泥砂浆强度为0.15 泥砂浆颗粒的运动趋势都分解成沿宏观裂纹方向和垂 倍的花岗岩强度时，水泥砂浆中就有拉伸裂纹.总体 直于宏观裂纹方向的两个方向的位移分量.荷载作用 而言，当高强度的水泥砂浆与岩石的交界面与加载方 时，岩石与水泥砂浆颗粒在垂直于裂纹方向有相反方 向夹角日较大时，容易在水泥砂浆内发生拉伸破坏，组 向的运动趋势，表现为拉应力，当拉应力达到抗拉强 合试样发生复合型破坏 度，产生拉伸微裂纹.颗粒在沿裂纹方向上也有相反 4交界面抗拉强度对破坏形式影响 的运动趋势，表现为剪应力，当剪应力达到此处的抗剪 强度时，产生剪切微裂纹.最终，当相邻的裂纹相互搭 岩石-水泥砂浆交界面的抗拉强度往往由摩擦力 接时逐步形成宏观裂纹.因此，此角度下的破坏表现 和黏结力两部分组成：摩擦力受交界面粗糙程度的影 表5不同水泥砂浆强度的组合试样破坏形式 Table 5 Failure types of combined specimens with different cement-mortar strengths 强度比 0=150 0=30° 0=45° 0=60° 0.15 0.20 0.30 0.40李夕兵等: 考虑岩石交界面方向效应的巴西劈裂试验研究 图 11 兹 = 0毅 和 兹 = 15毅 的位移矢量分布放大图 郾 ( a) 兹 = 0毅; (b)兹 = 15毅 Fig. 11 Enlarged view of displacement vector distributions for 兹 = 0毅and 兹 = 15毅: (a)兹 = 0毅;(b)兹 = 15毅 泥砂浆颗粒的运动趋势都分解成沿宏观裂纹方向和垂 直于宏观裂纹方向的两个方向的位移分量. 荷载作用 时,岩石与水泥砂浆颗粒在垂直于裂纹方向有相反方 向的运动趋势,表现为拉应力,当拉应力达到抗拉强 度,产生拉伸微裂纹. 颗粒在沿裂纹方向上也有相反 的运动趋势,表现为剪应力,当剪应力达到此处的抗剪 强度时,产生剪切微裂纹. 最终,当相邻的裂纹相互搭 接时逐步形成宏观裂纹. 因此,此角度下的破坏表现 为沿交界面的拉鄄鄄剪破坏. 3郾 3 水泥砂浆强度对破坏形式的影响 为了研究在巴西试验中,水泥砂浆强度对破坏行 为的影响,开展了一系列的数值模拟. 包括了不同的 水泥砂浆的单轴压缩强度,分别为花岗岩单轴压缩强 度的 0郾 15、0郾 2、0郾 3 和 0郾 4 倍(简称强度比),其他参数 保持不变,表 5 显示了破坏形式. 从表 5 中可以看出, 对于 兹 = 15毅时,无论水泥砂浆的强度多大(本模拟范 围内),始终发生沿交界面的拉鄄鄄 剪破坏,水泥砂浆中 不可能发生拉伸破坏. 对于 兹 = 30毅,当水泥砂浆的强 度达到花岗岩强度的 0郾 4 倍时,水泥砂浆中出现拉伸 裂纹,并且在岩石中也出现了剪切裂纹. 兹 = 45毅时,水 泥砂浆的强度为花岗岩强度的 0郾 3 倍时,水泥砂浆中 就发生拉伸破坏. 而 兹 = 60毅时,水泥砂浆强度为 0郾 15 倍的花岗岩强度时,水泥砂浆中就有拉伸裂纹. 总体 而言,当高强度的水泥砂浆与岩石的交界面与加载方 向夹角 兹 较大时,容易在水泥砂浆内发生拉伸破坏,组 合试样发生复合型破坏. 4 交界面抗拉强度对破坏形式影响 岩石鄄鄄水泥砂浆交界面的抗拉强度往往由摩擦力 和黏结力两部分组成:摩擦力受交界面粗糙程度的影 表 5 不同水泥砂浆强度的组合试样破坏形式 Table 5 Failure types of combined specimens with different cement鄄鄄mortar strengths ·1301·