不同厚度比复合地层人工制样三轴压缩实验及数值模拟结果对比

尚彦军 蒋毅 魏思宇 赵斌

摘   要：复合地层强度和变形特征与软硬岩层厚度比关系如何？选取合适的物理模型材料，采用人工浇筑方式制取复合地层模型样品。对不同厚度比复合地层样品开展一定围压条件下的三轴压缩力学试验，观测其应力-应变特征、裂纹变形扩展规律等力学性质。利用模型样品试验得到力学参数结果，设置Flac3D数值模拟参数值，然后按相同围压（15 MPa）下的复合地层设计方案开展数值模拟分析。与物理模型样品的室内力学试验结果进行对比发现，若不考虑结构面等因素，深部复合地层的力学性质由占多数比例的岩性所决定。随轴向应变增加，瞬时杨氏模量最初呈迅速下降状态，然后下降速度趋缓，直到最后趋近于一个恒定值1～2 GPa。泊松比变化曲线较复杂，反映不同厚度比复合地层的侧向应变与微破裂发展两者呈一定的正相关，且后者显现较明显。

关键词：复合地层;厚度比;三轴实验;力学强度;数值模拟

地层结构中软硬岩层交互出现，属复合地层结构。我国部分复合地层隧洞TBM施工过程中出现软岩卡机和硬岩岩爆等施工地质灾害，根本原因在于对深部复合地层围岩地质力学性质认识不清，对围岩大变形、突水涌泥和岩爆等工程灾害空间共生规律和致灾机理研究薄弱。因此，开展复合地层地质力学性质研究是深部地下工程领域亟待解决的问题[1]。杨春和等通过对含泥质硬石膏夹层层状盐岩力学性质……