Page 50 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 刘红岩，等： 考虑裂隙粗糙度的岩体单轴压缩动态损伤模型 第 6 期

逐渐增加，损伤开始缓慢增加，到应力增加到峰值强度附近时，损伤开始快速增加，直到趋近于 1，即试件
发生完全破坏。

表 1 岩块参数
Table 1 Parameters of the intact rock

−3
密度/(kg·m ) E/GPa ν ˙ ε/s −1 k m h/mm w/mm
2 270 10.8 0.2 100 5.115×10 22 7 100 50

表 2 裂隙参数
Table 2 Crack parameters
−1
−1
n 2a/mm d/mm b/mm δ/mm α/(°) φ b /(°) k n /(GPa·cm ) k s /(GPa·cm ) f JRC σ JCS /MPa
8 20 20 40 10 45 15 20 8 10 30

50 1.0

Stress-strain curve, calculated, intact rock
Stress-strain curve, calculated, cracked rock
40 Stress-strain curve, test, cracked rock 0.8
Damage curve, calculated, intact rock
Damage curve, calculated, cracked rock 0.6
Stress/MPa 20 0.4
30

10 0.2

0
0 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005
Strain
图 5 岩体单轴压缩动态应力-应变计算曲线
Fig. 5 Calculation curve of rock axial compression dynamic stress-strain

该方法在刘红岩等 [12] 提出的考虑裂隙几何、强度及变形参数的岩体动态损伤模型的基础上，很好
地考虑了裂隙粗糙度的影响，因而将其由平直裂隙推广应用到了粗糙裂隙，拓宽了该模型的应用领域，
也更符合实际情况。

3.2 参数敏感性分析
f JRC 引入到裂隙岩体的动态损伤模型中，进而可以定量刻
本研究的重要创新点是将裂隙粗糙度系数
画其对岩体动态力学特性的影响。以图 4 所示计算模型为例，采用参数敏感性分析（即每次仅改变表 1
中的某一个参数）重点讨论裂隙粗糙度对岩体动态力学特性的影响，并在此基础上讨论裂隙其他参数
（如裂隙面基本摩擦角和裂隙长度）的影响。

3.2.1 裂隙粗糙度对岩体动态力学特性的影响
Barton [16] 最早给出了 10 条典型的粗糙裂隙剖面，并按其粗糙程度由低到高分别取粗糙度系数为
0～2 至 18～20。下面首先按照这种方法，取粗糙度系数 f JRC 分别为 0、10 和 20 等 3 种工况探讨其对岩
体动态力学特性的影响，计算结果如图 6 所示，可以看出，当 f JRC 由 0 分别增加到 10 和 20 时，岩体动态应
力应变曲线的斜率及峰值强度均呈增加趋势：岩体动态峰值强度则由 26.42 MPa 分别增加到 27.28 和
28.37 MPa，增加幅度分别为 3.26% 和 7.38%；弹性模量由 8.15 GPa 分别增加到 8.62 和 9.46 GPa，增加幅度
分别为 5.77% 和 16.07%。这说明裂隙粗糙度对岩体动态力学特性有较大影响，且随着 f C 的增加，其影
JR
响程度也呈现出逐渐增加的趋势。这主要是因为随着 f JR C 的增加，裂隙面抗剪强度随之增加，进而岩体
单轴动态抗压强度及弹性模量亦随之增加。

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