邓青林等：基于XFEM的岩体卸荷过程裂纹起裂扩展规律研究 ·1475· 02[ -0.2 --30mm (b) -量-30mm ◆40mm ◆-40mmi 50 mm ▲50mm -0.4 60 mm -0.4 60 mm -0.6 0.6 -0.8 -0.8 10 -1.0 78 6 78 卸荷步 卸荷步 03d 量-30mm ◆40mm 0.2 -50 mm 60 mm 0.1 -0.1 020 345678 卸荷步 图6不同长度裂纹I(a)、Ⅱ(b)和Ⅲ(c)型应力强度因子随卸荷步变化规律 Fig.6 Variationin stress intensity factors I(a）、Ⅱ(b）andⅢ(c)of different crack lengths along with unloading steps 倾角裂纹起裂强度一定，每步卸荷量越大，越先达到起 deep mining engineering.Chin Rock Mech Eng,2005,24 裂的临界值，即卸荷速率越快，越容易造成裂纹起裂 (16):2803 该结论与3.1节的分析也是一致的. (何满潮，谢和平，彭苏萍，等.深部开采岩体力学研究.岩石 力学与工程学报，2005,24(16)：2803) 4结论 [2]Li X B.Yao JR.Gong FQ.Dynamic problems in deep exploita- tion of hard rock metal mines.Chin J Nonferr Metal,2011,21 本文采用扩展有限元方法模拟研究了岩体卸荷过 (10):2551 程裂隙的起裂扩展，得出以下结论 (李夕兵，姚金蕊，官凤强.硬岩金属矿山深部开采中的动力 (1)通过记录不同倾角裂隙演化状况，发现倾角 学问题.中国有色金属学报，2011,21(10)：2551) 越大，岩体卸荷过程中裂隙起裂越容易，裂隙最终演化 [3]Zhang S R,Tan Y S,Wang C,et al.Research on deformation 状态符合理论分析结果，并与物理模型试验结果接近， failure mechanism and stability of slope rock masscontaining multi- 说明了模拟的可靠性 weak interlayers.Rock Soil Mech,2014,35(6):1695 (张社荣，谭尧升，王超，等.多层软弱夹层边坡岩体破坏机 (2)通过计算60°倾角时每一步卸荷时的应力强 制与稳定性研究.岩土力学，2014,35(6)：1695) 度因子，发现在开挖卸荷过程中，I型应力强度因子对 [4]Li Q Y,Dong L J,Li X B,et al.Effects of sonic speed on loca- 岩体裂纹扩展的控制减弱，Ⅱ和Ⅲ型尤其是Ⅱ型应力 tion accuracy of acoustic emission source in rocks.Trans Nonfer- 强度因子的控制作用则增大，即卸荷过程中裂纹扩展 rous Met Soc China,2011,21(12):2719 主要由剪应力控制，裂纹面受到的正应力不断减小，剪 [5] Gong F Q,Li X B.A distance discriminant analysis method for 应力不断增大，这与理论分析是相符的. prediction of possibility and classification of rock burst and its ap- (3)通过计算研究了60°倾角时不同长度、卸荷速 plication.Chin J Rock Mech Eng,2007,26(5):1012 (宫凤强，李夕兵.岩爆发生和烈度分级预测的距离判别方法 率的应力强度因子随卸荷步的变化，发现裂隙长度越 及应用.岩石力学与工程学报，2007,26(5)：1012) 长，卸荷速率越快，起裂越容易 [6]Zhou X P,Zhang Y X.Unloading Rock Mass Constitutire Theory and Its Application.Beijing:Science Press,2007 参考文献 (周小平，张永兴.卸荷岩体本构理论及其应用.北京：科学 [1]He M C,Xie H P,Peng S P,et al.Study on rock mechanies in 出版社，2007)邓青林等: 基于 XFEM 的岩体卸荷过程裂纹起裂扩展规律研究 图 6 不同长度裂纹玉(a)、域(b)和芋(c)型应力强度因子随卸荷步变化规律 Fig. 6 Variationin stress intensity factors玉(a)、域(b) and 芋(c) of different crack lengths along with unloading steps 倾角裂纹起裂强度一定,每步卸荷量越大,越先达到起 裂的临界值,即卸荷速率越快,越容易造成裂纹起裂. 该结论与 3郾 1 节的分析也是一致的. 4 结论 本文采用扩展有限元方法模拟研究了岩体卸荷过 程裂隙的起裂扩展,得出以下结论. (1)通过记录不同倾角裂隙演化状况,发现倾角 越大,岩体卸荷过程中裂隙起裂越容易,裂隙最终演化 状态符合理论分析结果,并与物理模型试验结果接近, 说明了模拟的可靠性. (2)通过计算 60毅倾角时每一步卸荷时的应力强 度因子,发现在开挖卸荷过程中,玉型应力强度因子对 岩体裂纹扩展的控制减弱,域和芋型尤其是域型应力 强度因子的控制作用则增大,即卸荷过程中裂纹扩展 主要由剪应力控制,裂纹面受到的正应力不断减小,剪 应力不断增大,这与理论分析是相符的. (3)通过计算研究了 60毅倾角时不同长度、卸荷速 率的应力强度因子随卸荷步的变化,发现裂隙长度越 长,卸荷速率越快,起裂越容易. 参 考 文 献 [1] He M C, Xie H P, Peng S P, et al. Study on rock mechanics in deep mining engineering. Chin J Rock Mech Eng, 2005, 24 (16): 2803 (何满潮,谢和平,彭苏萍,等. 深部开采岩体力学研究. 岩石 力学与工程学报, 2005, 24(16): 2803) [2] Li X B, Yao J R, Gong F Q. Dynamic problems in deep exploita鄄 tion of hard rock metal mines. Chin J Nonferr Metal, 2011, 21 (10): 2551 (李夕兵,姚金蕊,宫凤强. 硬岩金属矿山深部开采中的动力 学问题. 中国有色金属学报, 2011, 21(10): 2551) [3] Zhang S R, Tan Y S, Wang C, et al. Research on deformation failure mechanism and stability of slope rock masscontaining multi鄄 weak interlayers. Rock Soil Mech, 2014, 35(6): 1695 (张社荣, 谭尧升, 王超, 等. 多层软弱夹层边坡岩体破坏机 制与稳定性研究. 岩土力学, 2014, 35(6): 1695) [4] Li Q Y, Dong L J, Li X B, et al. Effects of sonic speed on loca鄄 tion accuracy of acoustic emission source in rocks. Trans Nonfer鄄 rous Met Soc China, 2011, 21(12): 2719 [5] Gong F Q, Li X B. A distance discriminant analysis method for prediction of possibility and classification of rock burst and its ap鄄 plication. Chin J Rock Mech Eng, 2007, 26(5): 1012 (宫凤强,李夕兵. 岩爆发生和烈度分级预测的距离判别方法 及应用. 岩石力学与工程学报, 2007, 26(5): 1012) [6] Zhou X P, Zhang Y X. Unloading Rock Mass Constitutive Theory and Its Application. Beijing: Science Press, 2007 (周小平, 张永兴. 卸荷岩体本构理论及其应用. 北京: 科学 出版社, 2007) ·1475·