断裂面倾角影响下试样破坏模式与力学性质的相似模型试验研究
张展，张伟*，杨明鑫，龚宇嘉，杨成祥，胡磊，姚志宾
(东北大学 深部金属矿智能开采与装备全国重点实验室，沈阳 110819)
摘要：深埋隧道穿越硬质围岩时，内部贯穿性刚性断裂易诱发断裂型岩爆，造成严重经济损失与工期延误。为揭示断裂面倾角对围岩破坏行为的影响机理，本研究基于深部硬岩相似理论，研制了与某深埋铁路隧道花岗岩满足相似性要求的配比材料，研发了一套可实现含任意产状及倾角断裂面的试样浇筑支撑装置，制备了系列含不同倾角断裂面的标准单轴压缩试样，探究了断裂面倾角对试样力学特性与破坏模式的作用规律。结果表明：（1）材料配比方案在满足相似性要求的前提下，具有高强度、高脆性特征；含断裂面试样浇筑支撑装置能够实现含任意倾角结构面试样的精准成型；（2）随断裂面倾角增大，试样峰值强度先逐渐降低后增大。当断裂面倾角为60°时，以沿断裂面的剪切滑移为主，试样峰值强度较低（17.3 MPa）、峰值应变最小（0.19%），断裂面控制试样的破坏；断裂面倾角为30°、45°和75°时，试样呈张拉-剪切复合破坏，倾角为45°时峰值强度最小（14.5 MPa）；倾角为15°与90°时，试样主要表现为张拉破坏，15°倾角试样峰值强度最高（20.3 MPa），断裂面对岩样破坏无影响；（3）断裂面倾角对试样脆性特征具有显著影响：倾角为60°时脆性最强，倾角为45°时脆性最弱；峰后脆性指数与能量释放速率分别在15°~45°、60°~90°范围随倾角的增大而减小。
关键词：铁路隧道；力学性质；相似模拟；断裂面倾角；岩石力学
中图分类号: U25; P694 文献标识码: A DOI: 10.13238/j.issn.1004-2954.202601070004