胡小川等：基于UDEC-GBM的矿物晶粒解理特征对硬岩石破坏过程的影响 7 图13为不同解理倾角下穿晶裂纹的数目，可 1200 ◆一Quartz-T 见钾长石矿物品粒内部解理倾角变化对微观破坏 1000 Quartz-S ◆-Biotite-T 机制影响显著.钾长石穿晶张拉、剪切随解理倾 800 Biotite-S K-feldspar-T 角变化而变化，且石英张拉机制也受到了影响，最 600 -K-feldspar-S 开始以石英张拉破坏为主导，因为石英含量最多， Plagioclase-T 400 ◆Plagioclase-S 且这个机制在解理倾角≤40时一直成立；当解理 200 倾角>40时，微观破坏机制发生变化.钾长石穿品 20 40 60 80 100 (穿晶张拉>穿晶剪切)破坏成为了主导的微观机制. Cleavage angle) 图14为不同解理倾角下的试件的宏观破坏模 图13不同类型穿品裂纹数量(T和S分别代表张拉和剪切开裂) 式，尽管微观破坏过程受矿物颗粒内部解理倾角 Fig.13 Number of different transgranular cracks (T and S indicate 的影响，但宏观破坏模式却几乎不受影响，都是以 tensile cracking and S cracking,respectively) 宏观劈裂主导，这同单轴试验中总是观察到的以 长石晶粒解理倾角而言，其变化并不影响岩石的 劈裂为主的现象较为一致，说明单轴条件下，就钾 宏观破坏模式. 100mm 00c 图14不同解理倾角下宏观破坏.(a)0°：(b)20°：(c)40°：(d)60°：(e)90°：(f)单轴压缩试验结果 Fig.l4 Macroscopic failure at different cleavage angles:(a0°，(b)20°，(c)40°(d60°；(e)90°；(f)test result under uniaxial compressior 32围压对矿物颗粒解理倾角效应的影响 和钾长石剪切穿晶裂纹显著增加，此外，围压还 围压对岩石变形、强度特征及开裂机制都有 会导致沿晶裂纹和穿晶裂纹数量和比值发生变 较为明显的影响3)因此，该部分数值试验以 化.图20为3MPa围压下穿晶裂纹和沿晶裂纹 3MPa围压为例，在解理倾角为20°及间距为2mm 数量，穿晶裂纹总体增加，而沿晶裂纹比0MPa 的条件下展开围压对解理倾角效应影响研究 下的数量相对减少（图11），尤其在60°时，沿晶裂 图15为常规三轴加载应力-应变曲线，与单轴相 纹减少最为明显.就沿晶和穿品裂纹比例而言， 比，峰后存在围压效应，岩石的延性增加明显.三 0MPa下比值比3MPa下比例下降更为明显，解理 轴下岩石的弹模同单轴下弹模演变规律基本一 倾角由0°到90增加过程中，围压为0MPa时沿品 致，60°、90°下的弹模有少量增加，但总体而言弹 和穿晶的比值由4.6下降到1，见图12：当围压为 模围岩效应相对不明显，见图16.强度变化规律同 3MPa时，沿品和穿品的比值由2.17下降到1.92 单轴下差异相对较大，尤其是解理倾角由40°增加 见图21.因此，解理倾角≤60时，3MPa围压下沿 到60时，强度下降明显.图17为3MPa下不同类 晶裂纹相对减少，而>60时，围压的增加又导致沿 型穿品裂纹数量，同0MPa下（图13）不同类型穿 晶裂纹相对增加.总之，晶体解理倾角效应受围压 晶裂纹数量规律基本一致.图18和图19分别为 影响 0MPa及3MPa时不同类型穿品裂纹所占总穿晶 3.3解理间距的影响 裂纹的比例，可见解理倾角的围压效应主要体现 长石晶粒内部解理的间距是变化的，有的解 在3MPa时20°、40°解理倾角下石英张拉穿晶裂 理间距较大，有的间距较小，这取决于岩石本质属 纹比例减少，40°下钾长石张拉穿晶裂纹比值减少 性山晶粒内解理间距的变化势必会改变裂纹扩图 13 为不同解理倾角下穿晶裂纹的数目，可 见钾长石矿物晶粒内部解理倾角变化对微观破坏 机制影响显著. 钾长石穿晶张拉、剪切随解理倾 角变化而变化，且石英张拉机制也受到了影响，最 开始以石英张拉破坏为主导，因为石英含量最多， 且这个机制在解理倾角≤40°时一直成立；当解理 倾角>40°时，微观破坏机制发生变化，钾长石穿晶 （穿晶张拉>穿晶剪切）破坏成为了主导的微观机制. 图 14 为不同解理倾角下的试件的宏观破坏模 式，尽管微观破坏过程受矿物颗粒内部解理倾角 的影响，但宏观破坏模式却几乎不受影响，都是以 宏观劈裂主导，这同单轴试验中总是观察到的以 劈裂为主的现象较为一致，说明单轴条件下，就钾 长石晶粒解理倾角而言，其变化并不影响岩石的 宏观破坏模式. (a) (b) (c) (d) (e) (f) 200 mm 100 mm 图 14    不同解理倾角下宏观破坏. （a）0°；（b）20°；（c）40°；（d）60°；（e）90°；（f）单轴压缩试验结果 Fig.14    Macroscopic failure at different cleavage angles: (a) 0°; (b) 20°; (c) 40°; (d) 60°; (e) 90°; (f) test result under uniaxial compression 3.2    围压对矿物颗粒解理倾角效应的影响 围压对岩石变形、强度特征及开裂机制都有 较为明显的影响[23– 25] . 因此，该部分数值试验以 3 MPa 围压为例，在解理倾角为 20°及间距为 2 mm 的条件下展开围压对解理倾角效应影响研究. 图 15 为常规三轴加载应力–应变曲线，与单轴相 比，峰后存在围压效应，岩石的延性增加明显. 三 轴下岩石的弹模同单轴下弹模演变规律基本一 致 ，60°、90°下的弹模有少量增加，但总体而言弹 模围岩效应相对不明显，见图 16. 强度变化规律同 单轴下差异相对较大，尤其是解理倾角由 40°增加 到 60°时，强度下降明显. 图 17 为 3 MPa 下不同类 型穿晶裂纹数量，同 0 MPa 下（图 13）不同类型穿 晶裂纹数量规律基本一致. 图 18 和图 19 分别为 0 MPa 及 3 MPa 时不同类型穿晶裂纹所占总穿晶 裂纹的比例，可见解理倾角的围压效应主要体现 在 3 MPa 时 20°、40°解理倾角下石英张拉穿晶裂 纹比例减少，40°下钾长石张拉穿晶裂纹比值减少 和钾长石剪切穿晶裂纹显著增加. 此外，围压还 会导致沿晶裂纹和穿晶裂纹数量和比值发生变 化. 图 20 为 3 MPa 围压下穿晶裂纹和沿晶裂纹 数量，穿晶裂纹总体增加，而沿晶裂纹比 0 MPa 下的数量相对减少（图 11），尤其在 60°时，沿晶裂 纹减少最为明显. 就沿晶和穿晶裂纹比例而言， 0 MPa 下比值比 3 MPa 下比例下降更为明显，解理 倾角由 0°到 90°增加过程中，围压为 0 MPa 时沿晶 和穿晶的比值由 4.6 下降到 1，见图 12；当围压为 3 MPa 时，沿晶和穿晶的比值由 2.17 下降到 1.92， 见图 21. 因此，解理倾角≤60°时，3 MPa 围压下沿 晶裂纹相对减少，而>60°时，围压的增加又导致沿 晶裂纹相对增加. 总之，晶体解理倾角效应受围压 影响. 3.3    解理间距的影响 长石晶粒内部解理的间距是变化的，有的解 理间距较大，有的间距较小，这取决于岩石本质属 性[11] . 晶粒内解理间距的变化势必会改变裂纹扩 0 200 400 600 800 1000 1200 Quartz-T Quartz-S Biotite-T Biotite-S K-feldspar-T K-feldspar-S Plagioclase-T Crack number Plagioclase-S 0 20 40 60 80 100 Cleavage angle/(°) 图 13    不同类型穿晶裂纹数量（T 和 S 分别代表张拉和剪切开裂） Fig.13     Number  of  different  transgranular  cracks  (T  and  S  indicate tensile cracking and S cracking, respectively) 胡小川等： 基于 UDEC-GBM 的矿物晶粒解理特征对硬岩石破坏过程的影响 · 7 ·