水作用下岩体断裂强度探讨

浅谈水对岩土体的作用原理在国内外已有研究成果的基础上，从岩体结构，结构面发育程度、结构面性状，结构面充填物等方面阐述了水对岩石强度的影响机理和地下水对地面沉降、边坡稳定影响的机理。

标签：岩土体强度沉降渗透稳定1水对岩石强度的影响（1）自然界中的岩石是一种存在着大量微观裂隙等缺陷的非均质不连续体，由于这些裂隙的存在，在水压力的作用下，水会渗透到岩石裂隙中成为孔隙自由水，水成为影响岩石力学性质的重要因素。

岩体中褶皱、断层、层理、节理等非连续面的存在，使得岩石成为一种非均匀性材料，内部强度差异显著。

岩石内部含有大量孔隙和微裂隙，当岩石中的含水状态处于饱和时，饱水后岩石作为一种特殊多孔饱和的流体混合物，大量存在于岩层中。

岩石在饱水状态下，水流充满孔隙和微裂隙，岩石的许多力学特征因此发生了改变。

岩石内部的软弱面成为主要的透水通道，而水对岩石活动产生了重大影响，同时影响到岩石强度。

（2）存在于岩石中的水的状态一般主要有结合水和重力水，这两种状态的水对岩体的影响是是不同的。

①结合水对岩石主要有连结作用、润滑作用和水楔作用。

连结作用：将矿物颗粒拉近、接紧，起连结作用。

润滑作用：可溶盐溶解，胶体水解，使原有的连结变成水胶连结，导致矿物颗粒间连结力减弱，摩擦力减低，水起到润滑剂的作用。

水楔作用：当两个矿物颗粒靠得很近，有水分子补充到矿物表面时，矿物颗粒利用其表面吸着力将水分子拉到自己周围，在两个颗粒接触处由于吸着力作用使水分子向两个矿物颗粒之间的缝隙内挤入。

②重力水对岩石力学性质的影响主要表现在孔隙水压力作用和溶蚀、潜蚀作用。

孔隙压力作用：孔隙压力，減小了颗粒之间的压应力，从而降低了岩石的抗剪强度，使岩石的微裂隙端部处于受拉状态从而破坏岩石的连结。

溶蚀-潜蚀作用：岩石中渗透水在其流动过程中可将岩石中可溶物质溶解带走，有时将岩石中小颗粒冲走，使岩石强度大为降低，变形加大。

因此在修建受地下水影响的工程时，从设计到施工都要充分考虑水对岩土体的影响。

岩体水压致裂机理研究及在矿山突水中的应用的开题报告1. 研究背景和意义岩石力学及工程领域中，岩体水压致裂是一种常见的物理现象。

在矿山开采过程中，由于开采工作面深度增大，地下水位难以控制，岩体破裂的风险也愈加增大，从而导致矿山突水事件的发生。

因此，深入研究岩体水压致裂机理是防止矿山突水事故的重要手段之一。

本课题旨在通过对岩体水压致裂机理的研究，探究其在矿山突水中的应用。

2. 研究内容和方法本研究主要包括以下内容：（1）岩体水压致裂的机理分析与模型建立。

通过实验研究和数值模拟建立水压致裂的机理模型，为后续的矿山突水预测提供理论支持。

（2）岩体水压致裂与矿山突水的关联分析。

通过对岩体水压致裂机理及其因素的分析，探究其与矿山突水的关联性，为防治矿山突水提供科学依据。

（3）基于机理模型的矿山突水预测方法。

基于建立的水压致裂机理模型，提出一种基于机理的矿山突水预测方法，以便及时有效地防止矿山突水事故的发生。

本研究主要采用实验研究、数值模拟和理论分析相结合的方法，通过岩体水压致裂机理的研究，探讨其在矿山突水中的应用。

3. 预期成果和意义本研究旨在通过对岩体水压致裂机理的深入研究，探究其在矿山突水中的应用，预期取得以下成果：（1）建立基于岩体水压致裂机理的矿山突水预测模型，准确预测矿山突水的风险。

（2）阐明岩体水压致裂与矿山突水的关联性，提出防止矿山突水的有效措施。

（3）为矿山工程的安全施工、避免事故发生提供理论依据和技术支持。

4. 计划进度和研究方法（1）前期准备阶段（1个月）：对相关文献进行研究，并确定研究方案，明确研究目标。

（2）实验研究阶段（3个月）：建立实验平台，通过模拟不同条件下的水压致裂过程，获取相关数据。

（3）数值模拟阶段（2个月）：通过使用数值模拟软件，对实验结果进行模拟分析，得出相应的机理模型。

（4）理论分析阶段（1个月）：对机理模型进行理论分析，为后续构建预测模型做好理论准备。

（5）预测模型构建阶段（1个月）：基于机理模型构建相应的矿山突水预测模型。

水岩作用对岩石剪切行为影响的研究现状水岩作用是指水和岩石之间发生化学反应的过程。

水在地质过程中起着重要作用，常与岩石发生反应，改变岩石的性质和结构。

在岩石的剪切过程中，水岩作用会对岩石的剪切行为产生一定的影响。

本文将介绍水岩作用对岩石剪切行为影响的研究现状。

1. 水岩作用带来的化学反应在水岩作用过程中，水和岩石之间会发生一系列的化学反应。

其中最常见的是岩石中的矿物与水发生反应，这些反应会导致岩石的化学成分和结构发生改变。

例如，岩石中的矿物可以与水反应生成新的矿物，或者原有的矿物溶解成离子。

这些反应会改变岩石的物理性质，如岩石的硬度、强度、韧性等。

2. 水岩作用对岩石的力学性质影响在剪切带中，岩石的受力状态是复杂的。

水岩作用会导致岩石的物理和化学性质发生变化，而这些变化将直接影响到岩石的剪切行为。

对于不同类型的岩石，水岩作用的影响也不同。

2.1 砂岩砂岩是一种由砂粒聚结而成的沉积岩石，因其中空隙率高、结构松散，易受水岩作用影响。

水岩作用会使砂岩中的粘结物溶解，导致砂岩的强度和韧性下降。

此外，水可以填充砂岩中的缝隙和空隙，使其变得更加稳定，减少了岩石内部的摩擦，同时也减小了岩石的摩擦系数。

母岩是构成岩石的原始岩石，在变质、侵入等地质过程中形成。

水岩作用对母岩的影响因岩石类型而异。

例如，在变质作用中，水岩作用可以加速岩石内部的化学反应，增强了母岩的强度。

在侵入作用中，水可以影响岩石熔融的温度和流动性，影响岩石的塑性变形。

在岩石的剪切带中，水岩作用对岩石剪切行为产生了直接的影响。

剪切带中的水不仅会影响剪切带的摩擦系数和粘性，还可以影响剪切带的形成和演化过程。

目前，研究者们对这些影响的研究已经取得了一些进展。

3.1 水的效应水的存在可以降低岩石的摩擦系数，增强其流动性，从而促进剪切带的形成。

此外，水还可以参与岩石内部的化学反应，增强岩石间的粘结力，提高剪切带的强度和稳定性。

在水岩作用下，岩石中的矿物会发生溶解、转化等反应。

连结作用水楔作用
润滑作用溶蚀及潜蚀作用
孔隙压力作用
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结合水
连结作用
润滑作作用
水楔作用
连结作用
岩石矿物颗粒间的连接强度远远高于这种连结作用。

对被土充填的结构面的力学性质的影响也是比较明显。

润滑作用
水楔作用
◆压应力大于吸着力，水分子挤出；
◆压应力低于吸着力，水分子进入。

溶蚀-潜蚀作用
溶蚀作用
潜蚀作用
岩石强度大大降低变形加大。

孔隙水压力作用
◆有效应力减小，降低岩体的抗剪强度；
◆岩石的微裂纹端部处于受拉的状态，破坏岩石的连结。

w
p σσ'=-
饱和多孔岩石的抗剪强度公式随着孔隙水压力的增大，岩石强度降低。

孔隙水压力作用()f w c tg c p tg τσϕσϕ'=+=+-主应力表达式恒为负值
孔隙水压力作用τσσ1σ3σ'3σ'1p w p w 考虑孔隙水压的格里菲斯破坏准则
当σ1+2σ3>4p w 时，
(σ1-σ3)2-8R t (σ1+σ3-2p w )2=0
裂隙方位角β=—arccos ——————12 2 (σ1+σ3-2p w )
σ1-σ3当σ1+2σ3<4p w 时，σ3= -R t +p w
裂隙方位角β=0
◆水对岩石的物理化学作用◆水与岩石相互耦合力学效应。

第三章3水对岩石强度的影响五、水对岩石强度的影响前已述汲水对岩石强度影响：膨胀、崩解、溶解水→岩软化渗透→水压水对岩石强度有影响的是孔隙和裂隙中的水压力，统称为孔隙水压力，用p w表示。

如果饱和岩石在荷载作用下不易排水或不能排水，那么，孔隙或裂隙中的水就有孔隙压力，岩石固体颗粒承受的压力将相应的减少，强度则降低。

收集于网络，如有侵权请联系管理员删除对岩石中有连接的孔隙（包括细微裂隙）系统，施加应力σ，当有孔隙水压力p w时，岩石的有效应力为σ—岩石总应力（MPa）；σ'—有效应力（MPa）；p w——孔隙水压力（MPa）在有孔隙水压力作用时，可利用《岩石破坏准则》来分析岩石的稳定性。

收集于网络，如有侵权请联系管理员删除收集于网络，如有侵权请联系管理员删除1．莫尔摩伦准则根据莫尔库伦强度理论，考虑有孔隙水压力p w 的作用，其岩石的抗剪强度为：①ϕστtg c f ⋅'+= 或可见，由于p w 的存在，岩石的抗剪强度降低。

②对于用主应力表示的莫尔库伦破坏准则，考虑p w 作用，则有c R N +'='ϕσσ31，式中w p -='11σσ，w p -='33σσ 推出由上式可解得p w，即岩石从初始作用应力σ1和σ3达到岩石破坏时所需施加的孔隙水压力：亭定（Handin验结果，在p w得到p w=0石强度曲线。

收集于网络，如有侵权请联系管理员删除收集于网络，如有侵权请联系管理员删除当施加主应力σ1、σ3时，（p w =0）岩石稳定（莫尔圆II ），在此主应力下，增加p w 直至破坏（莫尔圆I 与包线相切）。

从上面分析可见，p w 对岩体强度影响很大。

在实际工程中，特别是坝址区，对某种岩石，当主应力σ1、σ3一定时，水库蓄水后，如果有渗流，则p w 从0增加p w ′，当 w p '-1σ和w p '-3σ的应力圆与包线相切或相交时，岩体将失稳。

水岩作用对岩石剪切行为影响的研究现状水岩作用是指水与岩石相互作用的过程。

它是地质过程中的重要环节，能够影响岩石的物理性质和力学性质，进而对岩石的剪切行为产生影响。

目前，对水岩作用对岩石剪切行为的影响进行了广泛的研究，下面将就其研究现状进行介绍。

水岩作用对岩石剪切行为的影响主要体现在两个方面：一是通过改变岩石的物理性质影响其力学性质；二是通过改变岩石中的物质组成和结构影响其力学性质。

在物理性质方面，水岩作用能够改变岩石的孔隙度、渗透性和饱和度等参数，从而影响岩石的应力传递和变形特性。

当水渗入岩石中时，会填充岩石中的孔隙空间，增加岩石的饱和度，从而提高岩石的可塑性和黏性。

水分子还能够在岩石中发生化学反应，引起溶解、沉淀和交换反应等，进一步改变岩石的物理性质，如改变岩石的粘结性能和孔隙结构。

这些物理性质的改变会导致岩石的强度、刚度和黏滞性等力学性质发生变化，进而对岩石的剪切行为产生影响。

目前，对水岩作用对岩石剪切行为的影响进行了大量的实验和理论研究。

实验研究主要通过人工制备样品和模拟实际地质条件，进行不同水岩作用和剪切加载条件下的力学实验，探究水岩作用对岩石的强度、变形特征和破裂行为的影响。

理论研究主要通过建立力学模型和数值模拟方法，对水岩作用的物理过程和机制进行预测和解释，并探讨其与岩石剪切行为之间的关系。

水岩作用对岩石剪切行为的影响是一个复杂的多因素问题，涉及水分子与岩石之间的物理、化学和力学相互作用。

目前的研究已经取得了一些成果，但仍存在一些问题和挑战，需要进一步深入研究。

未来的研究可以将力学实验和数值模拟相结合，建立更加精确和可靠的力学模型，揭示水岩作用对岩石剪切行为的机理和规律。

还应该开展更多的工程实践和地质观测，验证理论模型的适用性，并为工程设计和地质灾害预测提供科学依据。

岩石裂隙水力压裂特性数值模拟研究岩石裂隙水力压裂是一种利用高压液体对岩石进行强制破裂的方法，以增加岩石破碎度和孔隙度，从而提高天然气、石油等矿产资源的开采效率。

对于水力压裂技术的研究，不仅可以帮助石油天然气行业提高生产效率，更有助于减少采油、采气对地下水资源的影响。

本文旨在通过数值模拟研究，深入探讨岩石裂隙水力压裂的特性及其影响因素。

一、数值模拟的基本原理数值模拟是一种科学计算方法，它通过对自然界中矿产资源开采、岩土体工程等问题的模拟计算，预测其可能出现的情况，从而为相关的科学研究提供数据分析。

在水力压裂技术研究中，使用数值模拟可以有效地模拟水力压裂过程，以及其对岩石裂隙和地下水资源的影响。

数值模拟的基本流程一般包括以下几个步骤：（1）选择模拟对象。

在水力压裂技术研究中，可以选择一些具有较为典型的岩石试样或者岩石地层作为模拟对象，以便于深入研究岩石的水力性质以及水力压裂的特性。

（2）建立模型。

建立模型是数值模拟的关键步骤之一，需要根据实际情况进行参数模拟，包括岩石基本性质、裂隙性质、地下水流等参数。

（3）确定数值方程。

确定数值方程是模拟过程的关键之一，需要根据岩石材料的物理特性，以及其在水压作用下的表现，建立相应的数值方程，模拟岩石在水压作用下的变化规律。

（4）计算数值解。

通过使用计算机等设备进行数值分析，得出数值解，即岩石在水压作用下的变化规律，包括岩石的变形、破裂程度、裂隙的形态、压裂深度等。

（5）评估结果。

通过对数值解的分析，评估水力压裂技术对地下水、地质环境状况的影响和警示作用，为相关研究提供数据分析依据。

二、岩石裂隙水力压裂模拟研究岩石裂隙水力压裂过程的数值模拟一般包括以下几个方面：（1）岩石初始状态建模。

在模拟水力压裂过程之前，需要建立岩石模型，包括岩石的初始状态、裂隙的分布形态、孔隙度等参数。

岩石初始状态的建模对于后续的模拟分析具有重要影响。

（2）水力压裂过程模拟。

在模拟岩石水力压裂过程中，需要确定水压的大小、压力作用时间，以及岩石的断裂强度等参数。

水岩作用下砂岩断裂韧度及抗拉强度的试验研究朱敏;邓华锋;周时;罗骞;蔡健【摘要】为了解在考虑时间效应的水岩作用下砂岩Ⅰ型断裂韧度、抗拉强度的变化规律及其相关性,选取三峡库区库水变幅带砂岩为研究对象,设计紧凑的实验方案,对周期性饱水-风干循环状态和长期饱水状态下的砂岩试样开展了三点弯曲断裂韧度试验和劈裂抗拉强度试验.试验结果表明:在水岩作用下,砂岩的断裂韧度和抗拉强度软化效应明显,且随着浸泡时间的增加,软化效应呈先增大后稳定的趋势.同时,在同一周期内砂岩试样的断裂韧度和抗拉强度有相近的软化系数,契合岩石的抗拉强度和断裂韧度存在较好的相关性.最后通过数据拟合得到了砂岩断裂韧度与抗拉强度的相关关系,拟合相关性较高,并通过与试验数据的比较,验证了公式的可行性.研究成果对水岩作用下砂岩断裂韧度与抗拉强度的相关性有一定的参考价值,为通过砂岩抗拉强度预测估算断裂韧度提供了便利,同时也可为其他类型岩石的相关研究提供参考.%In order to understand the variation and correlation of fracture toughness and tensile strength considering time effect under water-rock interaction, we conducted three point bending fracture toughness test and splitting tensile strength test according to the design of the experiment scheme for compact on sandstone samples in periodic full water-air dry cycle state and long-term saturated state which were selected from Three Gorges reservoir area reservoir water with horn. Test results show that under water-rock interaction, the fracture toughness and tensile strength of sandstone softening effect is obvious; and softening effect is first increases, then stable trend along with the increase of soak time. Meanwhile, the fracture toughness and tensile strength of the sandstone inthe same time period have similar softening coefficient, corresponding rock tensile strength and fracture toughness good correlation exists. Finally, through the data fit got sandstone fracture toughness and tensile strength of the correlation fitting high correlation, and through comparison with experimental data, we can verify the feasibility of formula. The research results have some reference value for the correlation of fracture toughness and tensile strength of sandstone under water-rock interaction; and provide a convenient way for through the sandstone tensile strength prediction estimating fracture toughness and the reference for the other types of rock related research.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(034)005【总页数】6页(P34-38,51)【关键词】Ⅰ型断裂韧度;抗拉强度;水岩作用;相关性【作者】朱敏;邓华锋;周时;罗骞;蔡健【作者单位】三峡大学土木与建筑学院,湖北宜昌 443002;三峡大学土木与建筑学院,湖北宜昌 443002;三峡大学土木与建筑学院,湖北宜昌 443002;三峡大学土木与建筑学院,湖北宜昌 443002;三峡大学土木与建筑学院,湖北宜昌 443002【正文语种】中文【中图分类】TU443自然状态下的岩体，由于构造应力和自重应力的作用，通常处于受压状态，因而压剪破坏是岩石最常见的破坏模式.处于压剪应力状态的裂纹，其裂纹尖端仍处于拉剪应力状态，裂纹发生转折、断裂面发生分离都是由于张应力超过了原子间的结合力，并导致Ⅰ型破坏，因而，压剪断裂与Ⅰ型断裂密切相关［1]，研究岩石Ⅰ型断裂韧度与强度参数之间的相关关系具有重要的理论意义和实践意义.目前，关于岩石断裂韧度及其与材料参数之间的相关性研究较多［2－3]，但对于考虑时间效应的水岩作用下不同状态岩石的断裂韧度、抗拉强度的变化规律及其相关性的研究较少，国外一些学者［4－10]对自然状态下不同类型的岩石进行了Ⅰ型断裂韧度和抗拉强度相关性试验，得到了Ⅰ型断裂韧度和抗拉强度的拟合公式，有一定的实际意义，但没有对于库岸边坡而言，这些公式均没有考虑水环境对岩石断裂韧度和抗拉强度参数的劣化影响，不符合库水变幅带岩石实际的赋存环境.基于此，本文特对周期性饱水－风干循环状态和长期饱水状态下的砂岩试样开展了三点弯曲断裂韧度试验和劈裂抗拉强度试验，分析砂岩Ⅰ型断裂韧度和抗拉强度随时间的变化规律，并通过试验数据拟合其直接相关公式，这样可根据易于测试的抗拉强度估算其Ⅰ型断裂韧度.1 试验方案设计本文试验选取三峡库区典型滑坡库水变幅带砂岩为实验对象，主要测定在长期饱水状态下和周期性饱水－风干循环状态下砂岩的I型断裂韧度和抗拉强度.考虑浸泡时间效应的影响，参照以往试验，每期浸泡时间为30d，试验周期个数为6.对于饱水－风干循环试样，为了尽量真实地模拟库岸边坡岩体现实情况，同时避免烘干法对岩石矿物成分和岩体性质的影响，采取自然风干法，风干时间为7d.根据《水利水电工程岩石试验规程》（SL264－2001），在I型断裂韧度的室内试验中，采用如图1所示的方式进行.试件为直切口圆柱形，直径D为50 mm，长度L为210～240mm，预制切口采用超薄金刚石锯片加工，切口深度18～23mm，宽度1.0mm.试样制备严格按照规范要求控制精度，同时采用声波－回弹法严格选样，事先剔除掉声波、回弹值异常的试样.含有预制切口的典型试样如图2所示.为了削弱尺寸效应的影响，并增强同一周期内Ⅰ型断裂韧度与抗拉强度的可比性，控制试验结果的离散性，在三点弯曲试验后，对断裂的两段试样进行加工处理，制备长度较短的试样，运用巴西圆盘劈裂法测定试样的抗拉强度.2 试验结果及分析2.1 砂岩Ⅰ型断裂韧度KⅠC试验结果及分析不同周期下，周期性饱水－风干循环作用下砂岩和长期饱水砂岩Ⅰ型断裂韧度KⅠC及相关参数如表1所示，表中0期为天然状态下试样的断裂韧度，其中断裂韧度KⅠC采用规范公式（1）、（2）进行计算.图3为不同状态砂岩平均断裂韧度的变化曲线.式中，KⅠC为断裂韧度；D为试件直径；Sd为两支承点间的距离，本实验中为16.6cm；Pmax为断裂破坏荷载；a为直切口深度.表1 不同周期下不同状态砂岩断裂韧度表期数周期性饱水－风干循环长度／cm 荷载／kN 缝深／mm 断裂韧度／MPa·m1／2 平均断裂韧度／MPa·m1／2长期饱水长度／cm 荷载／kN 缝深／mm 断裂韧度／MPa·m1／2 平均断裂韧度／MPa·m1／2 0 22.20 0.63 21.00 0.523 0.490 22.20 0.63 21.00 0.523 0.490 21.80 0.59 21.00 0.490 0.490 21.80 0.59 21.00 0.490 0.490 21.00 0.57 21.00 0.473 0.490 21.00 0.57 21.00 0.473 0.490 23.00 0.57 21.00 0.473 0.490 23.00 0.57 21.00 0.473 0.490 1 20.00 0.47 22.50 0.430 0.440 19.30 0.5122.00 0.450 0.453 20.70 0.49 22.50 0.450 0.440 22.20 0.51 22.00 0.4500.453 23.50 0.48 22.50 0.440 0.440 21.50 0.54 21.50 0.460 0.453 19.50 0.48 22.50 0.440 0.440 23.30 0.52 21.50 0.450 0.453 2 21.30 0.47 22.00 0.4200.418 19.30 0.53 20.00 0.410 0.435 21.40 0.45 22.00 0.400 0.418 19.70 0.57 20.00 0.450 0.435 24.10 0.51 22.00 0.450 0.418 22.90 0.48 23.00 0.4500.435 23.50 0.45 22.00 0.400 0.418 25.70 0.57 19.50 0.430 0.435 3 22.100.53 18.00 0.368 0.377 25.00 0.51 21.00 0.420 0.420 20.60 0.54 17.50 0.365 0.377 26.00 0.45 21.00 0.370 0.420 23.70 0.55 17.50 0.372 0.377 28.00 0.57 21.00 0.470 0.420 21.80 0.55 19.00 0.405 0.377 23.00 0.51 21.00 0.4200.420 4 22.35 0.5 17.00 0.330 0.345 19.80 0.57 17.50 0.390 0.388 23.80 0.54 17.50 0.360 0.345 19.30 0.55 17.50 0.370 0.388 22.95 0.48 18.00 0.3300.345 24.00 0.59 17.50 0.400 0.388 23.40 0.53 17.50 0.360 0.345 21.30 0.54 18.50 0.390 0.388 5 20.55 0.53 17.50 0.360 0.328 19.60 0.48 17.00 0.3200.353 25.90 0.52 17.50 0.350 0.328 23.05 0.52 17.00 0.340 0.353 23.70 0.46 17.50 0.310 0.328 23.10 0.6 17.00 0.390 0.353 21.60 0.43 17.50 0.290 0.328 22.40 0.54 17.00 0.360 0.353 6 23.75 0.45 17.50 0.300 0.298 27.60 0.5217.50 0.350 0.335 28.40 0.48 17.50 0.320 0.298 28.20 0.51 17.50 0.3400.335 22.55 0.43 17.50 0.290 0.298 19.50 0.49 17.50 0.330 0.335 21.20 0.42 17.50 0.280 0.298 20.50 0.48 17.50 0.320 0.335图3 不同状态下砂岩断裂韧度变化曲线从表1和图3可以看出：1）周期性饱水风干循环状态下砂岩试样在各期的Ⅰ型断裂韧度KⅠC均较为集中，标准差最大值为为0.03，变异系数最大值为10%；长期饱水砂岩试样在各期的的断裂韧度KⅠC也较为集中，标准差最大值为0.04，变异系数最大值为9.72%，数值均较小，因此试验成果的离散性较小，各期的平均断裂韧度值可以比较准确地反映相应时间的断裂韧度.2）随着试验期数的增加，长期饱水砂岩和周期性饱水－风干循环砂岩的断裂韧度皆呈现出逐渐降低的趋势，其中，第1、2期断裂韧度下降趋势不明显，在第3、4期时，下降趋势逐渐明显，第5、6期下降趋势又逐渐趋于平稳.此外，在饱水风干循环状态下砂岩试样的断裂韧度明显低于同期长期饱水状态下砂岩的断裂韧度，但在1、2期两试样的差距并不明显，3、4期差距变大，5、6期差距趋于平稳，与平均断裂韧度随时间的变化趋势较为一致.3）随着试验期数的增加，周期性饱水风干循环状态下砂岩试样的断裂韧度软化系数分别是0.898，0.893，0.769，0.704，0.669，0.608；长期饱水砂岩试样的断裂韧度软化系数分别是0.924，0.888，0.857，0.792，0.720，0.684.通过比较可知，软化系数的变化规律与断裂韧度的变化规律较为一致.2.2 砂岩抗拉强度σt试验结果及讨论不同时间周期下，周期性饱水－风干循环作用下砂岩和长期饱水砂岩抗拉强度σt 及相关参数如表2所示，表中0期为天然状态下试样的抗拉强度，抗拉强度采用规范公式（3）进行计算.图4为不同状态砂岩平均抗拉强度的变化曲线.式中，σt为抗拉强度；D为试件直径；P为破坏荷载；H为试件高度.表2 不同周期下不同状态砂岩抗拉强度及相应软化系数表期数周期性饱水－风干循环长度／cm 轴向荷载／kN 抗拉强度／MPa 平均抗拉强度／MPa 软化系数长期饱水长度／cm 轴向荷载／kN 抗拉强度／MPa 平均抗拉强度／MPa 软化系数0 4.80 13.86 3.678 3.646 1.0 4.80 13.86 3.678 3.646 1.0 5.05 14.78 3.728 3.646 1.0 5.05 14.78 3.728 3.646 1.0 4.90 13.98 3.634 3.646 1.0 4.90 13.98 3.634 3.646 1.0 4.90 13.62 3.541 3.646 1.0 4.90 13.62 3.541 3.646 1.0 1 5.0513.02 3.284 3.271 0.897 4.30 11.38 3.371 3.394 0.931 4.85 12.06 3.1683.271 0.897 5.25 14.04 3.407 3.394 0.931 3.95 10.22 3.296 3.271 0.897 2.60 6.86 3.361 3.394 0.931 2.75 7.20 3.335 3.271 0.8975.25 14.16 3.436 3.394 0.931 2 4.55 11.18 3.130 3.168 0.869 7.50 18.58 3.156 3.285 0.901 1.85 4.62 3.181 3.168 0.869 4.35 11.56 3.385 3.285 0.901 1.50 3.86 3.278 3.168 0.869 3.85 9.96 3.296 3.285 0.9016.45 15.60 3.081 3.168 0.869 6.20 16.08 3.304 3.285 0.901 3 2.60 5.46 2.675 2.800 0.768 4.80 11.82 3.137 3.096 0.849 1.25 2.86 2.915 2.800 0.768 4.90 11.78 3.063 3.096 0.849 1.95 4.18 2.731 2.800 0.768 5.65 14.22 3.206 3.096 0.849 1.15 2.60 2.880 2.800 0.768 4.10 9.58 2.977 3.096 0.849 4 3.40 6.86 2.570 2.569 0.705 4.65 10.56 2.893 2.8540.783 2.85 5.68 2.539 2.569 0.705 3.15 7.12 2.879 2.854 0.783 3.65 7.44 2.597 2.569 0.705 2.80 6.08 2.766 2.854 0.783 2.35 4.740 2.569 2.569 0.705 4.55 10.28 2.878 2.854 0.783 5 2.00 4.080 2.599 2.463 0.676 2.45 4.88 2.5372.612 0.717 4.10 7.360 2.287 2.463 0.676 2.00 4.14 2.637 2.612 0.717 1.553.040 2.498 2.463 0.676 3.40 6.98 2.615 2.612 0.717 3.55 6.880 2.469 2.463 0.676 0.80 1.67 2.659 2.612 0.717 6 3.80 6.28 2.105 2.157 0.592 3.50 6.82 2.482 2.443 0.670 2.454.14 2.153 2.157 0.592 2.70 4.96 2.340 2.443 0.670 0.95 1.64 2.199 2.157 0.592 3.60 7.12 2.519 2.443 0.670 1.55 2.64 2.170 2.157 0.592 2.40 4.58 2.431 2.443 0.670从表2和图4可以看出：1）周期性饱水风干循环状态下砂岩试样在各期的劈裂抗拉强度均较为集中，标准差最大值为0.13，变异系数最大值为5%；长期饱水砂岩试样在各期的劈裂抗拉强度也较为集中，标准差最大值为0.10，变异系数最大值为3%，数值均较小，因此试验成果的离散性较小，各期的平均抗拉强度值可以比较准确地反映相应时间的抗拉强度.图4 不同状态下砂岩抗拉强度变化曲线2）随着试验期数的增加，长期饱水砂岩和周期性饱水－风干循环砂岩的抗拉强度皆呈现出逐渐降低的趋势，其中，第1、2期断裂韧度下降趋势不明显，在第3、4期时，下降趋势逐渐明显，第5、6期下降趋势又逐渐趋于平稳.此外，在饱水风干循环状态下砂岩试样的抗拉强度明显低于同期长期饱水状态下砂岩的抗拉强度，但在1、2期两试样的差距并不明显，3、4期差距变大，5、6期差距趋于平稳，与平均抗拉强度值随时间的变化趋势较为一致.3）随着试验期数的增加，周期性饱水风干循环状态下砂岩试样的抗拉强度软化系数变化规律与抗拉强度的变化规律较为一致.2.3 砂岩Ⅰ型断裂韧度KⅠC与抗拉强度σt相关性分析以往的研究表明，岩石类材料的各个强度与各个韧度之间存在着一定的联系，抗拉强度与Ⅰ型断裂韧度存在良好的线性关系.根据本文试验数据统计，水岩作用下抗拉强度与断裂韧度之间的相关关系如图5所示，抗拉强度与断裂韧度软化系数趋势图如图6所示.根据图5可知，抗拉强度与断裂韧度呈良好的线性关系，其表达式为：KⅠC＝0.131 3σt＋0.009 2，相关系数R2＝0.946 6，根据图6可知，相同状态下的砂岩试样在同时间周期内具有数值相近的软化系数，不同状态砂岩在不同时间周期内具有相似的软化趋势，且同周期下周期性饱水－风干循环状态砂岩断裂韧度和抗拉强度的劣化系数明显低于长期饱水状态下的劣化系数.3 结论1）通过紧凑的试验方案，对周期性饱水－风干循环状态下砂岩和长期饱水状态下砂岩进行了三点弯曲断裂韧度试验和抗压强度试验，试验表明水岩作用下Ⅰ型断裂韧度和抗拉强度均随时间的延长劣化效应逐渐明显，且同周期情况下周期性饱水－风干循环状态的砂岩Ⅰ型断裂韧度和抗拉强度均比长期饱水状态下砂岩的相应值低. 2）基于砂岩试样Ⅰ型断裂韧度和抗拉强度试验结果的比较分析，相同状态下砂岩的Ⅰ型断裂韧度和抗拉强度具有数值相近的软化效应，同时同周期条件下周期性饱水－风干循环状态的Ⅰ型断裂韧度、抗拉强度的软化系数明显低于长期饱水状态的软化系数.3）在水岩作用的各个时间周期内，砂岩Ⅰ型断裂韧度和抗拉强度呈良好的线性关系，其表达式为：KⅠC＝0.131 3σt＋0.009 2（相关系数R2＝0.946 6），可根据易于测得的抗拉强度σt估算Ⅰ型断裂韧度KⅠC.参考文献：［1]陈枫.岩石压剪断裂的理论与实验研究［D].长沙：中南大学资源与安全工程学院，2002.［2]Brown G J，Reddish D J.Experimental Relationship between Rock Fracture Toughness and Density［J].International Journal of Rock Mechanics ＆ Mining Sciences，1997，34（1）：153－155.［3]李江腾.硬岩矿柱失稳及时间相依性研究［D].长沙：中南大学资源与安全工程学院，2005.［4]Zhang Z X.An Empirical Relation between Mode I Fracture Toughness and the Tensile Strength of Rock［J].International Journal of Rock Mechanics ＆ Mining Sciences，2002，39（3）：401－406.［5]Golshani，Aliakbar，Okui Y，et al.A Micromechanical Model for Brittle Failure of Rock and Its Relation to Crack Growth Observed in Triaxial Compression Tests of Granite［J].Mechanics of Materials，2006，38（4）：287－303.［6]Li H B，Zhao J，Li T J.Micromechanical Modeling of the Mechanical Properties of a Granite under Dynamic Uniaxial Compressive loads［J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2000，37（6）：923－935.［7]Golshani，Aliakbar，Oda M，et al.Numerical Simulation of the Excavation Damaged zone Around an Opening in Brittle Rock［J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，2007，44（6）：835－845.［8]Li H B，Zhao J，Li T J.Triaxial Compression Tests on a Granite at Different Strain Rates and Confining Pressures［J].International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences，1999，36（8）：1057－1063.［9]Whittaker B N，Singh R N，Sun G.Rock Fracture Mechanics：Principles，Design and Applications［M].Amsterdam：Elsevier，1992.［10]Zhang Z X，Kou S Q，Lindqvist P A，et al.The Relationship between the Fracture Toughness and Tensile Strength of Rock［M].In：Strength Theories：Applications，Evelopment ＆ Prospects for 21st Century.Beijing／NewYork：Science Press，1998：215－223.。

水岩作用对岩石剪切行为影响的研究现状岩土工程结构在水-岩相互作用下的安全性和稳定性日益成为人们关注的重要问题。

水对岩石强度和其他物理性质的影响对于理解本质上的变形、破坏等进程很重要。

水岩作用下岩土工程的安全性和稳定性日益成为人们关注的焦点。

标签：水岩作用;剪切特性;机理分析1 水环境影响下岩石力学性能试验研究在隧道、采矿和开挖等实际工程中，岩石变形和破坏通常涉及到水。

仅水的存在就可能使砂岩的极限强度降低33%。

水的存在导致破坏应力的应变速率敏感性增大，围压越高，破坏应力的应变速率敏感性越大;在较低围压范围内，湿试块中应变速率对破坏强度的影响比干试块更明显，因为水和硅酸盐反应破坏了硅-氧键，流体对硅酸盐岩石的物理性质产生意义深远的化学影响应变速率的减小增加这一影响并导致强度的减小。

应力腐蚀机制辅助下的亚临界裂纹扩展可能对这种随时间变化的岩石强度起重要作用[1]。

Erguler和Ulusay研究了含水量对岩石力学参数的影响，发现随着含水量的增加，岩石的单轴抗压强度、弹性模量和抗拉强度都有所降低。

相似地，Yao HY 通过对红砂岩进行干湿交替环境下的单、三轴试验进行研究。

研究表明，相对于没有经过干湿交替作用的干燥试件，经过不同次数的干燥-饱水交替作用后，砂岩的弹性模量、单轴抗压强度参数数值均有所减小[2]。

E. Z. LAJTAI等人通过多种实验技术：抗压强度和断裂韧性的短期标准试验，臂长试验，测量蠕变、静态疲劳和缓慢裂纹速度的时间依赖性试验。

测试环境中的水分会导致更大的变形和裂纹扩展，从而降低最终（长期）强度[3]。

2 岩石化学成分机理分析研究考虑到水对岩石的作用是一种复杂的应力腐蚀过程，水对岩石产生物理力学作用之外，还有化学作用，因而学者们开展了一系列考虑水岩化损伤作用的试验研究。

结果表明，砂岩的抗滑摩性主要受孔隙流体离子强度的控制，其次受pH 值的控制相同离子浓度的化学溶液的效果取决于其酸碱度（pH值）[4]。

水压力作用下岩石中Ⅰ和Ⅱ型裂纹断裂准则高赛红;曹平;汪胜莲【摘要】In order to study damage fracture law of fissured rock masses, the hydrostatic pressure vertical to crack surface and drag force parallel to crack surface were taken into consideration, both of which are generated by water action. Stress condition of single crack under compressive-shearing stress condition and tensile-shearing stress condition were calculated respectively. And the stress intensity factor during water action was deduced. A new damage variable related to fracture toughness was presented and the new damage variable was introduced into Dugdale crack model, and the stress intensity factor of compressive-shearing crack and tensile-shearing crack were deduced respectively. Finally, fracture criterion of fractured rock mass considering water damage action was presented, under compressive-shearing stress condition and tensile-shearing stress condition respectively, based on the compressive-shearing fracture criterion and the maximum hoop stress theory.%为了研究裂隙岩体在水作用下的损伤断裂机制,考虑水产生的垂直裂纹面的静水压力和平行裂纹面的拖拽力,分析处于压剪和拉剪状态的单裂纹应力状态,推导出水作用下裂纹的应力强度因子.还定义基于断裂韧度的损伤变量,并将损伤变量引入Dugdale裂纹模型,推导出水损伤作用下压剪和拉剪应力状态下裂纹的应力强度因子.基于压剪条件下的断裂准则和最大周向应力理论,推导出压剪和拉剪应力状态下,考虑水损伤作用的裂隙岩体断裂准则.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2012(043)003【总页数】5页(P1087-1091)【关键词】压剪裂纹;拉剪裂纹;断裂韧度;损伤断裂;断裂准则【作者】高赛红;曹平;汪胜莲【作者单位】中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083;江西理工大学应用科学学院,江西赣州,341000;中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083;江西理工大学应用科学学院,江西赣州,341000【正文语种】中文【中图分类】TU452裂隙岩体有别于其他工程材料，它具有很强的非均匀性、各向异性等力学特征，其在地下水作用下的变形、损伤破坏及稳定性是岩石力学领域关注的课题。

第 54 卷第 3 期2023 年 3 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.3Mar. 2023水压作用下岩体裂隙压剪起裂准则刘红岩1，周月智1，张光雄2，薛雷3，郑秀华1(1. 中国地质大学(北京) 工程技术学院，北京，100083；2. 保利民爆哈密有限公司，新疆 哈密，839000；3. 中国科学院地质与地球物理研究所，中国科学院页岩气与地质工程重点实验室，北京，100029)摘要：为深入研究裂隙闭合与非闭合2种情况下裂隙水导致岩体压剪断裂机理，建立相应的压剪起裂准则。

首先，研究初始地应力及裂隙水压作用下的非闭合裂隙尖端应力强度因子及起裂准则，并讨论压剪系数和水压对裂隙压剪起裂应力的影响；其次，研究闭合裂隙压剪破坏机理，并讨论裂隙尖端相对临界尺寸和裂隙面摩擦因数对临界水压(裂隙起裂时的水压)的影响；最后，采用室内试验及现场测试结果对上述两类准则的合理性进行验证。

研究结果表明：非闭合裂隙尖端应力强度因子K Ⅰ应为裂隙面上法向压应力引起的K Ⅰ(N)及平行于裂隙面的横向压应力引起的K Ⅰ(T)之和，且其起裂模式多为压剪起裂；基于周群力等提出的经验压剪断裂准则，提出相应的非闭合裂隙压剪起裂准则；随着压剪系数增加，起裂应力分别呈非线性增加；随着水压增加，起裂应力呈非线性减小。

在水压作用下，闭合裂隙压剪起裂模式往往为拉伸起裂，且裂隙尖端的K Ⅰ≡0，由此提出了考虑裂隙尖端T 应力的修正最大周向应力准则；随着裂隙尖端相对临界尺寸增加，临界水压呈线性减小；随着裂隙面摩擦因数增加，临界水压呈非线性增加。

关键词：岩体；闭合裂隙；非闭合裂隙；压剪起裂准则；T 应力；临界水压中图分类号：TU443 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2023）03-0920-10Compression-shear initiation criterion for rockmass crack underwater pressureLIU Hongyan 1, ZHOU Yuezhi 1, ZHANG Guangxiong 2, XUE Lei 3, ZHENG Xiuhua 1(1. School of Engineering & Technology, China University of Geosciences(Beijing), Beijing 100083, China;2. Poly Explosive Hami Co, Ltd., Hami, 839000, China;收稿日期： 2022 −09 −10； 修回日期： 2022 −12 −01基金项目(Foundation item)：北京市自然科学基金资助项目(8222031)；国家重点研发计划项目(2019YFC1509701)；科技部雄安新区科技创新专项(2022XAGG0500)；国家自然科学基金资助项目(42172342)；哈密市科技计划项目(hm2021kj08) (Project(8222031) supported by the Natural Science Foundation of Beijing City; Project(2019YFC1509701) supported by the National Key Research and Development Plan of China; Project(2022XAGG0500) supported by Xiong'an New Area Science and Technology Innovation Special Project of the Ministry of Science and Technology; Project(42172342) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(hm2021kj08) supported by the Science and Technology Plan of Hami City)通信作者：刘红岩，博士，教授，从事岩石力学研究；E-mail ：*****************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.011引用格式： 刘红岩, 周月智, 张光雄, 等. 水压作用下岩体裂隙压剪起裂准则[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(3): 920−929.Citation: LIU Hongyan, ZHOU Yuezhi, ZHANG Guangxiong, et al. Compression-shear initiation criterion for rockmass crack under water pressure[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(3): 920−929.第 3 期刘红岩，等：水压作用下岩体裂隙压剪起裂准则3. Key Laboratory of Shale Gas and Geoengineering, Institute of Geology and Geophysics, ChineseAcademy of Sciences, Beijing 100029, China)Abstract: To study the compression-shear initiation mechanism of the closed and non-closed cracks by crack water, the corresponding compression-shear initiation criteria were established. Firstly, the stress intensity factor and initiation criterion of the non-closed crack under initial ground stress and crack water pressure were studied. The effect of the compression-shear coefficient and water pressure on the crack compression-shear initiation stress was discussed. Secondly, the compression-shear failure mechanism for the closed crack was studied. The effect of the crack tip relative critical dimension and crack face friction coefficient on the critical water pressure (the water pressure when the crack initiates) was discussed. Finally, the validity of these two criteria was preliminarily verified with the indoor test and field test results. The results show that the stress intensity factor K Ⅰ at the non-closed crack tip should be the sum of the K Ⅰ(N) caused by the normal compressive stress on the crack face and K Ⅰ(T) caused by the compressive stress along the crack face. It often belongs to the compression-shear initiation, and the corresponding compression-shear initiation criterion for the non-closed crack is proposed based on the empirical compression-shear fracture criterion proposed by ZHOU Qunli. The initiation stress increases nonlinearly respectively with the increase of compression-shear coefficient and and decreases nonlinearly with the increase of water pressure. Under the action of water pressure, the initiation mode of the closed crack is often the tensile one under compression-shear stress, and K Ⅰ≡0 at the crack tip. Then, the revised maximum circumference stress criterion considering T stress is proposed. The calculation examples show that the critical water pressure decreases nonlinearly with the increase of the crack tiprelative critical dimension and increases linearly with crack face friction coefficient.Key words: rockmass; closed crack; non-closed crack; compression-shear initiation criterion; T -stress; critical water pressure在压剪作用下，岩体裂隙的起裂与扩展是导致岩体工程如岩质边坡、地下硐室及钻孔井壁等失稳破坏的根本原因[1−2]。

水岩作用对岩石剪切行为影响的研究现状
水岩作用是指水分子在地质过程中与岩石发生相互作用和反应的过程。

水岩作用是地
球科学研究的一个重要领域，对于地球物质的演化、矿产资源的形成和地质灾害的发生都
有重要影响。

岩石的剪切行为是指岩石在外力作用下发生的剪切变形和破坏变形。

水岩作
用对于岩石的剪切行为影响的研究现状如下：
1. 水岩作用对剪切强度的影响：水的存在可以降低岩石的剪切强度，使得岩石更容
易发生剪切破坏。

研究表明，水的存在可以改变岩石内部的应力分布，增强岩石内部的剪
切滑动和变形。

3. 水岩作用对岩石变形机制的影响：水的存在可以改变岩石的微观结构和变形机制。

研究表明，水的存在可以使得岩石的微观孔隙度增加，减小岩石的体积和强度。

水的存在
还可以改变岩石中矿物颗粒的排列方式，影响岩石的变形机制。

4. 水岩作用对岩石断裂韧性的影响：水的存在可以影响岩石的断裂韧性，即岩石断
裂前后的能量消耗能力。

研究表明，水的存在可以使得岩石的剪切带扩展更加容易，减小
岩石的断裂韧性。

水的存在还可以降低岩石断裂过程中的摩擦系数，使得断裂面的初始摩
擦能增加，从而改变岩石的断裂韧性。

水岩作用对岩石的剪切行为有重要影响。

了解水岩作用对岩石剪切行为的影响机制，
具有重要的理论意义和应用价值。

未来的研究可以从岩石物理性质、变形机制和破坏机制
等方面入手，深入研究水岩作用对岩石剪切行为的影响。

水化环境对岩石断裂影响浅析摘要：岩石作为从古至今人类社会发展中必不可少的一部分，对其性能的研究具有必要性。

水作为自然界中最活跃的成分，岩石不可避免的和水产生接触，并且水化溶液对岩石性能的影响是多种自然影响中最为显著的。

研究岩石性能必需研究水化环境对岩石破坏的影响，各国学者通过多年研究发现，水化环境对岩石断裂影响主要集中在化学影响、物理影响和力学性能影响三个方面。

关键词：岩石；断裂；水化环境；影响分析1.引言在人类的发展历史长河里，岩石是不可或缺的重要成分，岩石在人类社会的发展过程中起着至关重要的作用。

在原始社会人们就开始加工各种石器用以满足日常生活，四大文明古国中古埃及的金字塔以及我国的万里长城都是人类对于岩石利用的最好象征。

现如今岩石依旧是社会发展所必需的部分，堤坝、石材装饰等均运用了岩石，岩石依旧广泛应用于当今社会。

2.水对岩石影响研究的必要性2015年9月16日，海南省海口市在“环高”外围环流和弱冷空气共同作用产生的强降水作用下，多处房屋出现坍塌，停车场塌陷以及山体滑坡，该事故是典型的由于降水过多引发的地质事故。

2013年7月26日甘肃天水由于持续多日的强降雨，多地发生泥石流造成24人死亡1人失踪，造成的直接与间接经济损失甚至超过了2008年的汶川地震，该事故也是由于降水过多所引发的地质灾害。

1967年，印度戈伊纳水库发生了地震，该地震是迄今为止由于水库引起的震级最高的地震，水库蓄水改变了当地的地质环境，到现在为止该水库所在地已经发生过几百次地震。

综上所述可知水对岩石的影响非常大，非常容易引发地质灾害，在自然界中由于水化溶液与岩体之间的相互作用称之为水—岩作用。

由以上真实地质灾害可知研究水对岩石的影响非常有必要。

3.岩石断裂韧度岩石材料不同于一般的工程材料，是自然界的一种复合产物由多种矿物质所构成，同时也是由于多种地质条件的产物。

由于岩石本身是自然界的产物没有人为控制，所以存在于自然界中的岩石组分和结构差异性很大，岩石特性变化幅度也非常大，并且在岩石内部不可避免的存在初始裂纹。

水岩作用对岩石剪切行为影响的研究现状水岩作用是指岩石中含水分子与水溶液与岩石中的矿物发生作用的过程。

这个过程涉及到物理化学反应，因此对岩石剪切力学性质有很大的影响。

本文将从实验和理论两个方面来综述水岩作用对岩石剪切行为的研究现状。

一、实验研究实验方法主要有单轴、剪切试验、岩石力学参数分析等。

以电子显微镜分析、X射线衍射实验、光学显微镜分析等。

（一）单轴试验法单轴试验中，样品置于两个夹具之间，施加一定的压力，使样品发生破裂现象。

当样品受到压力后，里面的水分子被压缩，活化能增加，从而使化学反应加剧，原来被水溶液包裹在矿物晶粒内部的离子被释放，形成了新的化合物。

同时压力还能抬升岩石内部的温度和密度，从而增加了生成新物质的机会，从而增加了岩石的稳定性。

后来发现，在高温、高压条件下，水在岩石晶格中的运动会更加活跃，从而影响岩石的剪切行为。

剪切试验通常用于测量岩石破裂的形式和破裂的趋势。

岩石在剪切过程中，液体（水溶液）会影响剪切的稳定性，使岩石更容易发生破裂。

同时，液体还可以使岩石更加柔韧，因而更容易发生塑性变形。

经过这些更复杂的剪切过程，水在岩石剪切过程中的作用可能对岩石的断裂模式、力学性质、变形模式和分布模式等起到一定的影响。

最近的实验研究表明，岩石中的水分子不仅在剪切过程中参与了岩石的形变和破裂，还在岩石脆性与塑性的转变上起着重要作用。

二、理论研究目前研究岩石剪切性质的理论分为分子动力学模拟、热力学模型等。

分子动力学模拟是利用计算机模拟化学反应的过程，考虑水分子在岩石中的运动过程。

该模型对水分子在晶体中的分布、对不同岩石的环境因素进行模拟，从而研究水岩作用对剪切力学行为的影响。

热力学模型是一种考虑化学反应的动力学模型，可以计算在不同环境下矿物物相变化的过程，并且考虑到矿物晶体的晶粒增长和重组。

这种模型可以用来研究水岩作用对岩石的力学力学行为影响时，可以考虑到矿物溶解度变化、溶解物的扩散和重组等机制。

总之，水岩作用对岩石剪切力学性质有很大的影响，目前研究主要集中在实验和理论两个方面，其中实验方法有单轴、剪切试验、岩石力学参数分析等，理论方法有分子动力学模拟、热力学模型等。

煤岩体水力致裂弱化的理论与应用研究一、本文概述本文旨在全面探讨和研究煤岩体水力致裂弱化的理论与应用。

水力致裂是一种利用高压水流在煤岩体中形成裂缝，进而改善煤岩体渗透性、提高开采效率的技术手段。

随着煤炭资源开采的不断深入，煤岩体弱化问题日益突出，水力致裂技术作为一种有效的煤岩体弱化方法，受到了广泛关注。

本文将从理论和应用两个层面对煤岩体水力致裂弱化进行深入分析，以期为我国煤炭资源的开采和利用提供理论支撑和实践指导。

在理论层面，本文将对煤岩体水力致裂弱化的基本原理进行阐述，包括水力致裂的物理化学过程、裂缝扩展机制以及影响因素等。

同时，通过数学建模和数值模拟，对水力致裂过程中的应力分布、流体流动和裂缝扩展等关键问题进行深入研究，揭示水力致裂弱化煤岩体的内在规律。

在应用层面，本文将对煤岩体水力致裂弱化的实际应用情况进行分析，包括水力致裂技术在煤炭开采、油气资源开发和地热能源利用等领域的应用案例。

通过对实际工程案例的剖析，总结水力致裂技术在不同煤岩体条件下的应用效果和经验教训，为相关工程实践提供借鉴和参考。

本文旨在对煤岩体水力致裂弱化的理论与应用进行全面系统的研究，以期推动水力致裂技术在煤炭资源开采和利用领域的发展和应用，为我国的能源安全和经济发展做出贡献。

二、煤岩体水力致裂弱化理论基础煤岩体水力致裂弱化技术是一种利用高压水射流或水压作用，在煤岩体中产生裂缝，从而改变其力学性质、提高瓦斯抽采效率或进行煤岩体的切割和破碎的技术。

这一技术的理论基础主要涉及到流体力学、岩石力学、断裂力学等多个学科的知识。

从流体力学的角度来看，高压水射流或水压作用会在煤岩体中形成应力场和压力场，当这些场的强度超过煤岩体的抗拉、抗压或抗剪强度时，就会在煤岩体中产生裂缝。

裂缝的产生和扩展过程受到多种因素的影响，如煤岩体的物理性质（如弹性模量、泊松比、抗拉强度等）、水力参数（如射流压力、流量、喷嘴形状等）以及环境因素（如温度、压力、地应力场等）。

水岩体结构面弱化作用
水岩体结构面是指岩石中具有明显位移或变形的裂缝或断裂。

这
些结构面可以发生弱化作用，即使岩石的强度减弱或失去了原有的稳
定性。

主要有以下几种原因：
1. 水的作用：水是岩石弱化的主要因素之一，因为水的存在会导
致岩石中的化学变化和物理变化。

水的存在会促进岩石的氧化、水解、溶解和沉积等过程，使岩石的强度大大降低。

2. 缺陷的作用：结构面的存在使岩石存在结构缺陷，使得其强度
和稳定性明显降低。

3. 应力的作用：结构面上的应力分布不均，使得结构面上的裂缝
或断裂开始扩展，加剧了岩体弱化的程度。

4. 侵蚀的作用：外界因素比如风、雨、化学药品的作用，使得岩
石逐渐被腐蚀、侵蚀、分解，甚至破坏，从而造成岩体弱化。

综上所述，水岩体结构面的弱化作用与水的作用、缺陷、应力和
侵蚀有关。

这些因素会导致岩石的强度降低或完全失效，从而造成结
构面的扩张和岩体的弱化。

鲁灰花岗岩高温遇水冷却后断裂特性研究高温岩体地热资源开采过程中亟待解决的难题之一是深钻施工问题,施工过程中,钻井液、泥浆的注入对高温围岩起到冷却作用,使高温围岩受到热冲击产生断裂。

这种现象一方面对钻井破岩有利,另一方面却对高温围岩的稳定性产生不利,很容易造成井壁失稳。

因此,高温遇水冷却后岩石的断裂特性具有重要的研究价值。

本文采用SC3PB方法对鲁灰花岗岩I型裂纹的断裂特性进行了实验研究,基于数字图像相关方法（DIC）分析了岩石断裂过程的演化规律。

具体研究结果如下:（1）鲁灰花岗岩断裂韧度K_IC随温度升高逐渐减小,花岗岩抗断裂性能逐渐降低,但在100℃时K_IC大于常温。

常温时K_IC为0.90-1.40 MN/m^1.5,100℃时K_IC为1.30-1.50MN/m^1.5,到900℃时K_IC下降为0.13-0.10 MN/m^1.5。

（2）在测试温度点范围内,100℃时花岗岩峰值荷载、断裂韧度最大,并且CMOD_C与CTOD_C值也较常温与200℃偏高。

表明花岗岩在100℃时抗断裂性能最强,力学性能最好,原因是花岗岩在100℃时内部晶体颗粒聚集挤压,导致断裂过程中,颗粒间的粘聚力增大,岩石更不易发生断裂。

花岗岩在300℃和600℃时K_IC、CMOD_C、CTOD_C产生剧烈变化,原因是花岗岩在300℃时开始失去结构水以及石英在573℃时发生相变。