Page 122 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 刘康琦，等： 循环冲击荷载作用下单节理岩体的动态力学行为 第 6 期

式中：Y 为边界修正因子，a 为节理半长。
由式 (10)～(11) 可知，试件节理端应力强度因子随节理倾角的增大而减小，冲击荷载引起的裂纹扩
展和损伤随节理倾角的增大而减弱，试件的抗冲击能力增强。

表 2 节理岩体试件的破坏模式
Table 2 Failure modes of jointed gabbro specimens

α/(°) 单节理岩体 多节理岩体 [40] α/(°) 单节理岩体 多节理岩体 [40]

0 60

30 90

45

对于单节理岩体和多节理岩体而言，裂纹 1.0
总会在节理中部或节理尖端发育，这与节理倾角
没有关系。裂纹均沿加载方向发展，与已有节理 0.8
相连并贯穿整个试件，试件的破坏主要是由拉应
0.6
力引起的张拉裂纹逐渐扩展并与节理相互贯通
造成的。与完整岩石试件不同，节理岩体在较低 σ n /σ 0.4
的应变率条件下，新的裂纹可能只会在节理岩体
试件内最大的缺陷处萌生，翼裂纹先沿着Ⅰ型应 0.2
力强度因子最大的方向扩展，并最终以有限的速
度沿着最大压缩主应力的方向扩展。能量输入 0 15 30 45 60 75 90
不足使裂纹的发展受到抑制，因此裂纹贯通成为 α/(°)
试件断裂前的一个关键环节，这导致了单节理岩 图 16 节理表面正应力与节理倾角的关系
体与多节理岩体在破坏模式与抗冲击能力上的 Fig. 16 Relationship between normal stress of
区别。对于单节理岩体，裂纹总是从节理处萌生， joint surface and joint inclination angle
在循环冲击作用下沿着单一的发展路径即平行于加载方向扩展，亦或是在冲击作用下进一步的张开，单
节理岩体的抗冲击能力也随着节理倾角的增加而增大。而对于多节理岩体，虽然裂纹同样总是从节理
处萌生，但是裂纹在扩展路径上是否能使多条节理之间互相贯通影响了试件最终的破坏模式和抗冲击
能力。以节理倾角为 60°和 90°的试件为例，一般而言，当节理倾角为 90°时，即节理与作用力的方向平行
时，试件上的应力分布更加均匀，在静态或准静态加载下试件的强度和破坏模式接近于无节理岩体 [9, 46] 。
本文试验结果也表明节理倾角为 90°时，单节理岩体试件的抗冲击能力最高。但是对于多节理岩体，Liu 等 [40]
的试验结果表明当节理倾角为 60°时，裂纹在平行于加载方向的扩展路径中无法使节理间相互贯通，这
就导致了节理倾角为 60°的多节理岩体试件相较于节理倾角为 90°的试件能承受更多次数的冲击作用。

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