一项结合实验和离散元方法（DEM）的研究，探讨了裂隙砂岩在复杂应力条件下的力学性能及破坏特性

《Scientific Reports》：A combined experimental and DEM study on the mechanical and failure characteristics of fissured sandstone under complex stress conditions

　　

摘要

在岩土工程中，裂隙砂岩经常在复杂的施工条件下受到循环加载-卸载的作用。其力学性能和灾难性破坏特性直接影响工程结构的稳定性和安全性。通过实验室实验、CT扫描和数值模拟研究了裂隙砂岩在单轴和双轴循环加载-卸载作用下的力学行为和破坏机制。首先，对完整砂岩和裂隙砂岩试样进行了单轴压缩实验，以获得应力-应变响应和峰值强度，为后续的数值模型校准提供了基础。随后对裂隙砂岩试样进行了单轴循环加载-卸载实验。结合CT扫描和数值模拟，从宏观和微观角度揭示了裂隙演化过程，并验证了数值模型的可靠性。基于经过验证的模型，进一步进行了双轴循环加载-卸载模拟，以研究裂隙砂岩在复杂应力条件下的力学响应和破坏特性。在单轴循环加载-卸载作用下，随着裂隙角度的增加，峰值强度和弹性模量也随之提高，而裂纹起始应力则呈现先减小后增大的趋势。此外，岩石损伤程度也随着裂隙角度的增加而增大。在双轴循环加载-卸载作用下，裂隙角度的增加不会显著改变试样的峰值强度和弹性模量，但会加剧以剪切为主的破坏。与单轴循环加载-卸载相比，双轴循环加载-卸载下的试样表现出更高的裂纹起始应力、更广泛的裂纹扩展以及在相同裂隙角度下更严重的损伤。本研究的结果为裂隙岩体在循环加载-卸载条件下的稳定性评估和破坏分析提供了理论支持。