工程科学学报，第44卷，第X期 图8为不同解理倾角下的单轴应力应变曲线 7000 -Total number of tensile cracks 可见，解理倾角的变化对岩石峰前及峰后响应都 6000 Total number of shear cracks 5000 Quartz-T 有一定的影响.峰前，弹性模量先由倾角为0时 Quartz-S Biotite-T 的34GPa下降至倾角为20时的33.5GPa,随后弹 Biotite-S 性模量呈现单调增加趋势，见图9：峰后，0时岩石 K-feldspar-T K-feldspar-S 峰后延性特征相对明显，而随着钾长石解理倾角 Plagioclase-T 1000 Plagioclase-S 的增加，岩石的峰后脆性更为明显.此外，单轴强 0.001 0.002 0.0030.0040.0050.006 度随倾角的变化相对复杂，在倾角为40°和60时 Strain 下降到了最低值，随后强度随倾角的增加而增加， 图1090°解理倾角下总裂纹演化过程(T和S分别代表张拉和剪切 见图9.弹性模量和强度的变化同梁等四对具有 开裂) 不同层理方向的砂岩进行了单轴试验所展示的试 Fig.10 Evolution of the total crack at the 90 cleavage angle (T and S indicate tensile cracking and S cracking,respectively) 验结果一致.虽然本文仅进行单一矿物颗粒解理 倾角的变化，同宏观具有不同层理方向岩石试件 图11为总穿晶、沿晶裂纹数与解理倾角的关 有所区别，但试验结果仍具有类似性，说明本次数 系.可以发现，随着解理倾角的增加，穿晶裂纹的 值试验的合理性 数量单调增加，而沿晶裂纹数量在倾角为60时降 至最低值，然后上升：同时，沿晶裂纹受解理倾角 120 -0° 100 20° 影响较大，随倾角增加单调减少，其与穿品裂纹的 40° 比值由11.1下降到2.6，且倾角为60以后下降缓 80 -60° 90° 慢，见图12.图12还显示总张拉裂和总剪切裂纹 的比例也受解理倾角的影响，比例在40°~60时 40 达到最大值.因此，解理倾角不仅影响晶粒内部自 20 身的微观机制，还会影响晶粒之间的微观开裂机 0 0 0.0010.0020.0030.0040.005 制，从晶粒间和晶粒内两个方面共同影响岩石的 Strain 宏观响应 图8不同解理倾角下单轴应力-应变曲线 Fig.8 Uniaxial stress-strain curves at different cleavage angles 7000 Trans-granular cracks 6000上 Inter-granular cracks 120 -UCS ◆一E 的 E5000k 116 40 34000k 38 言30001 号2000 108 1000 34 0 0 20 4060 80 100 100 Cleavage angle/() 20 40 60 80 Cleavage angles/() 图11穿品裂纹和沿品裂纹数量 Fig.11 Number of trans-and intergranular cracks 图9单轴抗压强度和弹性模量 Fig.9 Uniaxial compressive strength and elastic modulus Tensile/shear crack ratio 为监测解理倾角对微裂纹孕育的影响，对裂 -Inter-/trans-granular crack ratio 纹的孕育过程进行了监测，并以90°解理倾角下岩 石内部微裂纹演化过程（图10）为例进行简要介 6 绍.可见，张拉裂纹在应变为0.125%的时候开始 4 产生，剪切裂纹0.264%开始产生，与传统对岩石 的基本理解（先张拉后剪切）一致4，同时，穿晶 裂纹基本都在应变为0.328%时产生，靠近峰值或 230 40 60 80 Cleavage angle/() 峰后，且数量上远小于总体裂纹数量，说明总体上 图12微裂纹比例与解理倾角关系 仍是以沿晶张拉、剪切破坏为主 Fig.12 Relationship between the crack ratio and cleavage angle图 8 为不同解理倾角下的单轴应力应变曲线. 可见，解理倾角的变化对岩石峰前及峰后响应都 有一定的影响. 峰前，弹性模量先由倾角为 0°时 的 34 GPa 下降至倾角为 20°时的 33.5 GPa，随后弹 性模量呈现单调增加趋势，见图 9；峰后，0°时岩石 峰后延性特征相对明显，而随着钾长石解理倾角 的增加，岩石的峰后脆性更为明显. 此外，单轴强 度随倾角的变化相对复杂，在倾角为 40°和 60°时 下降到了最低值，随后强度随倾角的增加而增加， 见图 9. 弹性模量和强度的变化同梁等[22] 对具有 不同层理方向的砂岩进行了单轴试验所展示的试 验结果一致. 虽然本文仅进行单一矿物颗粒解理 倾角的变化，同宏观具有不同层理方向岩石试件 有所区别，但试验结果仍具有类似性，说明本次数 值试验的合理性. 0 20 40 60 80 100 120 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 Strain 0° 20° 40° 60° 90° Stress/MPa 图 8    不同解理倾角下单轴应力–应变曲线 Fig.8    Uniaxial stress–strain curves at different cleavage angles 32 34 36 38 40 42 100 104 108 112 116 120 0 20 40 60 80 100 E/GPa UCS E UCS/MPa Cleavage angles/(°) 图 9    单轴抗压强度和弹性模量 Fig.9    Uniaxial compressive strength and elastic modulus 为监测解理倾角对微裂纹孕育的影响，对裂 纹的孕育过程进行了监测，并以 90°解理倾角下岩 石内部微裂纹演化过程（图 10）为例进行简要介 绍. 可见，张拉裂纹在应变为 0.125% 的时候开始 产生，剪切裂纹 0.264% 开始产生，与传统对岩石 的基本理解（先张拉后剪切）一致[4,18] . 同时，穿晶 裂纹基本都在应变为 0.328% 时产生，靠近峰值或 峰后，且数量上远小于总体裂纹数量，说明总体上 仍是以沿晶张拉、剪切破坏为主. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 Strain Total number of tensile cracks Total number of shear cracks Quartz-T Quartz-S Biotite-T Biotite-S K-feldspar-T K-feldspar-S Plagioclase-T Plagioclase-S Crack number 图 10    90°解理倾角下总裂纹演化过程（T 和 S 分别代表张拉和剪切 开裂） Fig.10    Evolution of the total crack at the 90° cleavage angle (T and S indicate tensile cracking and S cracking, respectively) 图 11 为总穿晶、沿晶裂纹数与解理倾角的关 系. 可以发现，随着解理倾角的增加，穿晶裂纹的 数量单调增加，而沿晶裂纹数量在倾角为 60°时降 至最低值，然后上升；同时，沿晶裂纹受解理倾角 影响较大，随倾角增加单调减少，其与穿晶裂纹的 比值由 11.1 下降到 2.6，且倾角为 60°以后下降缓 慢，见图 12. 图 12 还显示总张拉裂和总剪切裂纹 的比例也受解理倾角的影响，比例在 40°～60°时 达到最大值. 因此，解理倾角不仅影响晶粒内部自 身的微观机制，还会影响晶粒之间的微观开裂机 制，从晶粒间和晶粒内两个方面共同影响岩石的 宏观响应. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 0 20 40 60 80 100 Trans-granular cracks Inter-granular cracks Crack number Cleavage angle/(°) 图 11    穿晶裂纹和沿晶裂纹数量 Fig.11    Number of trans- and intergranular cracks 0 2 4 6 8 10 12 0 1 2 3 4 5 6 0 20 40 60 80 100 Inter-/trans-granular crack Tensile/shear crack ratio Inter-/trans-granular crack ratio Cleavage angle/(°) Tensile/shear crack ratio 图 12    微裂纹比例与解理倾角关系 Fig.12    Relationship between the crack ratio and cleavage angle · 6 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期