·1798· 工程科学学报，第39卷，第12期 图7矿物结核对裂纹扩展的影响.()无矿物结核情况下的裂纹分布：(b)矿物结核对剪切裂纹的影响：()、()矿物结核对拉伸裂纹 的影响 Fig.7 Influence of mineral nodules on crack propagation:(a)crack distribution without mineral nodule:(b)influence of mineral nodule on shear crack:(c)and (d)influence of mineral nodule on tensile crack 在矿物结核，左侧的剪切裂纹将改变原来的延伸方向， 2.4裂纹扩展微观机理分析 转向左上方延伸，导致试样宏观裂纹分布发生变化 在P℉C2D模型中，宏观裂纹的形成机理为：外荷 对比图7(a)、(c)和(d)可以发现，当孔洞上方存在矿 载作用下，颗粒的移动引起颗粒间的黏结作用力发生 物结核时，如果矿物结核较小（图7（©）)，拉伸裂纹将 改变，当黏结处的最大拉应力（或最大剪应力）超过该 绕过矿物结核继续向试样外边缘延伸：如果矿物结核 处的拉伸强度（或剪切强度）时，黏结断裂产生张拉型 较大（图7(）)，拉伸裂纹的扩展将受到阻碍，此时孔 (或剪切型)微观裂纹，相邻的微观裂纹相互搭接形成 洞上下端不再出现拉伸裂纹，但在离孔洞不远处产生 了宏观裂纹.因此，通过分析试样破坏过程中黏结应 了一对沿加载方向延伸的远场拉伸裂纹，以释放孔洞 力场的演化，以及破坏后颗粒的位移矢量分布，有助于 上下边缘形成的拉应力集中.以上分析表明，试样内 进一步理解含孔洞试样的裂纹萌生与扩展机理 部的矿物结核影响了岩石的微观强度分布，从而改变 2.4.1应力场分析 了裂纹的扩展路径，导致试样的宏观破坏模式发生改变 图8为单轴压缩条件下孔洞周边平行黏结力的演 图8单轴压缩条件下孔洞周边平行黏结力演化过程.()圆形孔洞：(b)矩形孔洞：()马蹄形孔洞 Fig.8 Evolution of parallel bond force around the hole under uniaxial compression:(a)circular hole:(b)rectangular hole:(c)U-shaped hole工程科学学报，第 39 卷，第 12 期 图 7 矿物结核对裂纹扩展的影响． ( a) 无矿物结核情况下的裂纹分布; ( b) 矿物结核对剪切裂纹的影响; ( c) 、( d) 矿物结核对拉伸裂纹 的影响 Fig． 7 Influence of mineral nodules on crack propagation: ( a) crack distribution without mineral nodule; ( b) influence of mineral nodule on shear crack; ( c) and ( d) influence of mineral nodule on tensile crack 在矿物结核，左侧的剪切裂纹将改变原来的延伸方向， 转向左上方延伸，导致试样宏观裂纹分布发生变化． 对比图 7( a) 、( c) 和( d) 可以发现，当孔洞上方存在矿 物结核时，如果矿物结核较小( 图 7( c) ) ，拉伸裂纹将 绕过矿物结核继续向试样外边缘延伸; 如果矿物结核 图 8 单轴压缩条件下孔洞周边平行黏结力演化过程． ( a) 圆形孔洞; ( b) 矩形孔洞; ( c) 马蹄形孔洞 Fig． 8 Evolution of parallel bond force around the hole under uniaxial compression: ( a) circular hole; ( b) rectangular hole; ( c) U-shaped hole 较大( 图 7( d) ) ，拉伸裂纹的扩展将受到阻碍，此时孔 洞上下端不再出现拉伸裂纹，但在离孔洞不远处产生 了一对沿加载方向延伸的远场拉伸裂纹，以释放孔洞 上下边缘形成的拉应力集中． 以上分析表明，试样内 部的矿物结核影响了岩石的微观强度分布，从而改变 了裂纹的扩展路径，导致试样的宏观破坏模式发生改变． 2. 4 裂纹扩展微观机理分析 在 PFC2D 模型中，宏观裂纹的形成机理为: 外荷 载作用下，颗粒的移动引起颗粒间的黏结作用力发生 改变，当黏结处的最大拉应力( 或最大剪应力) 超过该 处的拉伸强度 ( 或剪切强度) 时，黏结断裂产生张拉型 ( 或剪切型) 微观裂纹，相邻的微观裂纹相互搭接形成 了宏观裂纹． 因此，通过分析试样破坏过程中黏结应 力场的演化，以及破坏后颗粒的位移矢量分布，有助于 进一步理解含孔洞试样的裂纹萌生与扩展机理． 2. 4. 1 应力场分析 图 8 为单轴压缩条件下孔洞周边平行黏结力的演 · 8971 ·