裂隙在岩石力学性质中的影响原理

孙宝成

（山东科技大学，山东 泰安 271000）

0 引言

在世界各地交通以及基站的建设过程中，我们在施工中会遇到各种不同的地质问题，其中不免会越来越复杂。尤其在隧道建设，铁路工程建设和其他诸多岩土工程中，如遇到围岩节理发育完善的环境，会在施工过程中增添无数麻烦。其中因为各种岩石在不同的地质构造中长时间存在，构成了各种不同的地质现象，如节理，断层破碎带等。而岩体的不均匀性，不连续性及其不稳定性得以充分体现，同时如造成岩体失稳被破坏的现象，则极有可能是由于各种岩体相互作用以及环境条件下流体进行渗透在裂隙中产生极大压力而造成的。

1 岩石断裂理论现状

断裂的现象在自然领域中普遍存在，在此背景下断裂力学得到了充分发展。断裂力学最初的分析目标是金属材料等素材，也获得了许多值得借鉴的研究成果。

Griffith 指出，材料中有着很多微裂纹。微裂纹是由于各种应力的集中从而造成了裂纹向岩石各处以及深处的扩张，最后所研究的岩石材料被完全破坏。在这种条件下，研究并创建了了Griffith 强度准则。根据这一标准在含金属材料中的限制性，Irwin 改进了Griffith 的强度标准，并且巧妙地将它运用到了所研究的材料中，同时加以改正与创新创造了基于弹性脆性材料的断裂准则，自此在研究方向上创造了《线性条件下的断裂力学》。

据有限元拓展方法，我们可以得出I 型应力水平因子对裂纹扩展过程的作用，以及闭合裂纹在压缩载荷效力下扩张环节的数值模拟是本文基本研究内容。

实验中在分析非闭合裂纹在岩石材料中的断裂扩张过程中，实验室中使用实验仪器分析研究了裂纹断裂过程与模式，并得出一系列理论，

同时使用数值举例论证的方法研究了裂隙在尖端应力场中的几何特征。举例如：对岩石材料的压缩断裂试验表明，所见的闭合裂隙与非闭合裂隙两者的差异以及对所处岩石材料的影响。

2 岩石流变理论的研究现状

流变学说的是随着时间的推移，对材料织物或骨架进行连续的调整和重组，在岩石学方面造成其应力应变情况的持续增长，以及变化。项目材料存在相应的流变性能，由于节理裂隙的切割，还有分布，坚硬岩体也反映出流变特点。只要岩土介质的承载力的不断作用，就会出现岩土介质的流变特性，流变持续时间与应力水平相关。当应力达到或者远远大于岩土材料的流变下限所处的强度时，随着时间的推移，所研究材料将逐渐出现流变变形并急剧增强，最终岩体材料被彻底破坏。在岩体工程材料流变学的分析过程中，岩石地基、以及隧道项目等存在关键实用价值的意义，一般包括应力蠕变、松弛、以及滞回效应。岩体的蠕变特性和岩石项目、隧道设计建设密切相关，该领域的分析工作也显示了项目的实用价值。以灰岩和砂岩为例，展开了单轴，以及三轴压缩下的蠕变试验。提出岩石流变学的破坏机理：一般是低围压下裂隙的发育，以及渗透以及高围压下的内孔坍塌。

实验室中利用单轴压缩蠕变试验研究了平常易得常见岩石在饱水、风干两种极限条件下的蠕变特性。以斜长石为例，提出饱和条件岩石实现稳定蠕变所必要的时间大于风干条件下岩石所必要的时间。孙军（2007）还系统阐述了近年来软、硬岩及节理裂隙岩体的流变试验、流变模型识别、流变力学措施，还有岩石流变损伤和破裂的分析进展。

在岩石流变理论中，当应力不变，应力随时间增大的现象为蠕变;反言之则称为岩石流变。目前常用的描述岩石流变特性的方法有两种：一种是经验法，也就是利用实验构建经验流变模型，来研究岩石的流变特征；另一种研究方式是按照岩石的基本流变特性从而构建基本的本构方程，进行研究岩石流变特征的地质元件模型。

3 裂隙在岩体材料中的断裂机理

裂隙岩体的物理力学性质，以及长期稳定性是由于岩石自身的流变特性和其他各种水平因素的缺失而决定的，自Griffith 指出能量扩张准则开始，很多专家对含裂纹连接材料的蠕变断裂，还有断裂损伤机理展开了较多的分析。

在实验室中使用电镜仪器研究了花岗岩裂缝在荷载作用下的流变损伤机理。结论得出：当外载荷实现相应程度时，裂纹数量随时间增加而增加。在加速应变过程中，裂纹的组合，以及消失是材料失效的最基本因素。

即使在较为完善的流变力学实验中，很少有结果能有效地指导工程实践。其一，岩石的流变特性被矿物组成、胶结水平、构架面分布、埋藏深度、地温梯度、地应力等地质环境因素所干扰。其二，流变试验与其他同等实验相比性价比低，所以我们需要在研究方向可以进行更多实验并采取一个准确，有效的流变模型进行分析工程实践中的流变规律及其产物市非常必要的。

4 影响未来展望

根据流变性能的大部分试验，所研究的岩石材料所具有的流变规律是各种因素造成的，其中地应力，时间，胶结水平以及所在地层面为止是主要的干扰因子，而实验室条件有限不可能还原所有条件进行完整研究。其二，实验室中进行的流变试验无法进行加速，从而导致了一场实验需要进行多年，不仅耗时耗力，实验结果也不一定与预期效果相同。

综上所述，我们仍需利用较多的试验，进行总结研究，并且在研究过程中需要采取一个准确且有效的流变本构模型进行分析工程岩体材料的流变规律。