王艳磊1,2,唐建新1,2,代张音1,2,3,易 婷1,2,李欣怡1,2
(1.重庆大学 煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044; 2.重庆大学 资源及环境科学学院,重庆 400044; 3.贵州大学 矿业学院，贵州 贵阳 550025)
摘 要:采用MTS815电液伺服控制试验机对不同裂隙数量和不同裂隙开度条件下的低强度岩体试件进行常规单轴压缩试验，基于试验结果，详细分析了每种类型裂隙试件的应力-应变曲线、强度、变形参数及破坏模式。研究结果表明:① 裂隙数量可使试件应力-应变曲线的峰后破坏阶段由快速下跌转变为台阶式下跌，最后变为水平延伸式缓慢下跌，呈近似塑性流动变形破坏，相对而言裂隙开度对试件应力-应变曲线的影响则非常小;② 受结构效应的影响，试件峰值强度只在水平和倾斜裂隙条件下才随裂隙数量的增加呈明显减小趋势，而裂隙开度对试件峰值强度的影响较小，且存在最弱影响开度值;③ 裂隙数量对不同裂隙倾角条件下试件的变形特征均有较大影响，而裂隙开度只对倾斜裂隙试件的变形特征影响较为明显;④ 裂隙数量对倾斜和垂直裂隙试件破坏模式的影响要比水平裂隙试件的明显，但影响规律不明确。裂隙开度可以完全改变垂直裂隙试件的破坏模式，使其由纯拉伸破坏向单一剪切破坏转变，但对水平和倾斜裂隙试件的破坏模式基本没有什么影响。
关键词:低强度岩体;裂隙数量;裂隙开度;力学特性;破坏模式;单轴压缩
移动阅读
王艳磊,唐建新,代张音，等.裂隙数量和开度对低强度岩体力学特性及破坏模式的影响[J].煤炭学报,2018,43(12):3338-3347.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2018.0365
WANG Yanlei,TANG Jianxin,DAI Zhangyin,et al.Effect of fracture number and aperture on mechanical properties and failure modes of low-strength rock mass[J].Journal of China Coal Society,2018,43(12):3338-3347.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2018.0365
中图分类号:TU458
文献标志码:A
文章编号:0253-9993(2018)12-3338-10
收稿日期:2018-03-21
修回日期:2018-07-24
责任编辑:常 琛
基金项目:煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室自主课题重点资助项目(2011DA105287-ZD201504)
作者简介:王艳磊(1988—)，男，山西高平人，博士。 E-mail:860024333@qq.com
WANG Yanlei 1,2,TANG Jianxin1,2,DAI Zhangyin1,2,3,YI Ting1,2,LI Xinyi1,2
(1.State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control,Chongqing University,Chongqing 400044,China; 2.College of Resources and Environmental Science,Chongqing University,Chongqing 400044,China; 3.Mining College,Guizhou University,Guiyang 550025,China)
Abstract:Conventional uniaxial compression test on low-strength fractured specimens with different fracture numbers and fracture apertures are carried out by using the MTS815 electro-hydraulic servo control test machine.The stress-strain curves,strength,deformation parameters and failure modes of various types of low-strength fractured specimens are analyzed based on the experimental results.The main conclusions are drawn as follows:① The fracture number can make the post-peak failure stage of the stress-strain curve change from a rapid decline to a step down,and finally to a slow decline in horizontal extension,showing an approximate plastic flow deformation failure.In contrast,the effect of fracture aperture on the stress-strain curves of specimens is very small;② Influenced by the structural effect,the peak strength of specimens decreases with the increase of fracture number only under the condition of horizontal and inclined fracture.However,the fracture aperture has little effect on the peak-strength of specimens,and there is the weakest influence value;③ The fracture number has a great influence on the deformation characteristics of specimens under different fracture angles.However,the fracture aperture only has obvious influence on the deformation characteristics of the inclined fracture specimen;④ The effect of fracture number on the failure mode of the inclined and vertical fracture specimens is more obvious than that of the horizontal fracture specimen,but the influence law is not clear.Fracture aperture can completely change the failure mode of vertical fracture specimen and make it change from pure tensile failure to single shear failure,but it has little effect on the failure mode of horizontal and inclined fracture specimens.
Key words:low-strength rock mass;fracture number;fracture aperture;mechanical properties;failure mode;uniaxial compression
在工程岩体中普遍含有各种尺度的节理裂隙，节理裂隙对岩石的力学特性具有显著的影响，岩石的失稳破坏也与这些节理裂隙具有密切的关系[1-3]。因此，研究节理裂隙对岩石的强度变形特性和破坏特征的影响具有重要意义。
鉴于此，BOMBOLAKIS[4]于1968年进行了单轴压缩条件下含单一裂隙试件破坏模式的试验研究。自此之后，为了更加深入地了解节理裂隙对岩石强度、变形及破坏模式的影响，国内外学者进行了大量相关的试验研究。杨圣奇等[5-7]对红砂岩裂隙试样在单轴压缩条件下的裂纹扩展过程以及裂隙倾角对强度及变形参数的影响规律进行了系统研究。肖桃李等[8]采用高强硅粉砂浆配制了大理岩类岩石材料试件，进行了不同围压下单裂隙试件常规三轴压缩试验，并用断裂力学原理分析了单裂隙试件沿结构面剪切破坏的影响因素。接着，肖桃李等[9]还开展了双裂隙岩样在三轴压缩试验研究，结果表明在三轴压缩下反向翼裂纹为主要的裂纹类型。YANG等[10-12]在大理岩和砂岩中预制裂隙进行了三轴压缩试验，结果显示随着围压的增大岩样表现脆—延—塑性转化特征，破裂模式也随着围压的变化而改变。赵延林等[13]开展了单轴压缩下类岩石材料有序多裂纹体破断试验，研究了不同裂隙倾角和裂隙密度对峰值强度和贯通模式的影响。以上这些试验主要以含单、双或多裂隙的真实岩质试件或类岩石材料试件为对象，研究其在单轴、双轴或三轴压缩应力条件下的力学特性和破坏模式。此外，随着计算机技术的发展，借助数值模拟方法也开展了大量的裂隙岩石裂纹起裂、扩展和贯通特征研究。WANG等[14]采用RFPA3D 分析了岩样非均质性和裂隙参数对灰砂岩强度及破坏特征的影响。黄彦华等[15]采用PFC2D 对含非共面双裂隙红砂岩进行了不同侧压双轴压缩试验模拟，分析了围压和岩桥倾角对裂隙红砂岩的力学行为的影响规律。
通过对现阶段的裂隙岩体试验研究进行归纳可知，基本上都是以砂岩、灰岩和大理石等高强度的真实岩体或相应的类岩石材料为试验对象，而针对低强度裂隙岩体(如泥岩、砂质泥岩等)的力学特性及破坏模式的相关试验研究则比较少见。然而在自然界中，低强度岩体往往比高强度岩体含有更多的原生节理裂隙，同时也更易引起次生裂纹的萌生扩展，从而导致岩体整体的失稳破坏。因此，对低强度裂隙岩体力学性质及破坏模式进行深入系统的研究就显得尤为重要。
针对这一不足，笔者以含不同数量和不同开度裂隙的砂质泥岩类岩石材料试件为研究对象，采用MTS815电液伺服控制试验机进行常规单轴压缩试验，并基于试验结果分析低强度类岩石材料试件在不同数量和不同开度裂隙条件下的强度及变形破坏特征，以期为含低强度裂隙岩体的地下工程建设和运营提供参考。
将单轴抗压强度低于30 MPa的岩体自定义为低强度岩体，反之则为高强度岩体。本次试验选择的低强度岩体为砂质泥岩(平均单抽抗压强度为28.23 MPa)，取自川煤集团广旺公司下属的石洞沟煤矿32322工作面顶板。由于真实岩块中难以获取特定产状的裂隙，且利用真实岩块制作特定规格的裂隙比较困难，因此，本文采用类岩石材料进行相关方面的试验研究。基于一系列室内配比试验，本文最终选择C32.5水泥∶石英砂∶水=1∶1∶0.4(质量比)配置砂质泥岩类岩石材料。真实砂质泥岩和类岩石材料的基本物理力学参数详见表1。完整类岩石材料试件与砂质泥岩试件在单轴压缩条件下的应力-应变曲线和破裂形态如图1所示。从图1可以看出，两者在力学特性及破坏模式上具有较好的一致性，这也证明了采用低强度类岩石材料试件代替砂质泥岩试件来进行后续的研究是可行的。
图1 单轴压缩条件下的应力-应变曲线及破坏模式
Fig.1 Stress-strain curves and failure modes under uniaxial compression
预制裂隙采用预埋钢条的方法来制作，所制作的裂隙为贯穿-开放型裂隙。按照国际岩石力学学会的要求，试件的高径比为2∶1，其直径为50 mm，高度为100 mm，各种类型裂隙试件的几何参数如图2所示。其中，预制裂隙均布置于试件中部，其长度为2a，开度为2b，岩桥长度为2L，数量为n，倾角(即与
水平方向的夹角)为α。共设计2种试验方案:① 不同裂隙数量试件的单轴压缩试验。预制裂隙长度2a、开度2b和岩桥长度2L保持不变，分别为15，2和10 mm，倾角α为0°，30°，60°和90°，裂隙数量n分别为1，2和3条，其中，预制裂隙沿轴向平行重叠布置;② 不同裂隙开度试件的单轴压缩试验。预制裂隙长度2a和数量n保持不变，分别为15 mm和1条，倾角α为0°，45°和90°，开度2b分别为1，2和3 mm。试验方案的详细介绍可见表2。
图2 各种类型裂隙试件几何参数
Fig.2 Geometric parameter diagrams of various types of pre-fractured specimens
表1 真实砂质泥岩与类岩石材料基本物理力学参数
Table 1 Basic physical and mechanical parameters of rock-like material and sandy mudstone
注:表中所有物理力学参数结果均为平均值。
表2 试验方案
Table 2 Introduction of test scheme
常规单轴压缩破坏试验均在MTS815电液伺服控制试验机上进行，试验统一采用位移控制准静态加载方式，加载速率为0.002 mm/s。为了减小试验结果的离散性，所有类型试件均各准备3个，在完全相同的试验条件下进行3组平行试验，并按以下标准确认试验的有效性:① 试件的破坏形态基本相同;② 应力-应变曲线相近，能同时满足上述标准的试件至少是2个，如有必要可追加多个试件进行重复性试验。此外，为了减小端部效应对试验结果的影响，试验前在试件上下端面涂抹适量黄油，用以减小试件与刚性承压板之间的摩擦约束和加载过程中的应力集中。同时在加载过程中，采用高清摄像机对试件破坏裂纹的产生、发展、贯通进行全程拍摄记录。
不同裂隙数量试件在0°，30°,60°和90°倾角裂隙条件下的应力-应变曲线如图3所示。
从图3可知，所有类型裂隙试件的应力-应变曲线均依次由孔隙裂隙变形闭合、弹性变形、裂纹萌生与扩展、应变软化和峰后破坏5个阶段所构成,这与YANG等[5]的研究结果相一致，且裂隙数量对试件应力-应变曲线的各个阶段均有有较大的影响。
图3 不同裂隙数量试件的应力-应变曲线
Fig.3 Stress-strain curves of specimens with different fracture number
总体而言，随着裂隙数量的增加，试件应力-应变曲线弹性变形阶段的持续时间大为减小，并将提前进入裂纹萌生与扩展阶段，与此同时应变软化阶段也显著延长。但相对于前面几个阶段，裂隙数量对峰后破坏阶段的影响变化最为明显，在此着重分析。当裂隙倾角小于90°时，随着裂隙数量的增加，裂隙试件应力-应变曲线峰后破坏阶段逐渐由快速下跌转变为台阶式下跌，最后变为水平延伸式缓慢下跌，表明随着裂隙数量的增加，裂隙试件的延性逐渐增强，最终出现完全延性特征，同时逐渐由脆性破坏转变为塑性破坏，最终转变为塑性流动变形破坏。裂隙倾角越小，这一现象越明显。当裂隙倾角为90°时，裂隙数量对试件的应力-应变曲线影响不明显，其峰后破坏阶段均表现为快速跌落，呈脆性方式破坏。这主要是由于当裂隙方向与轴向主应力方向平行时，裂隙虽然破坏了试件的完整性，但受结构效应的影响，对试件承载能力的影响较小。由以上分析可知，在倾斜和水平条件下，裂隙数量的增加对试件的应力-应变曲线将产生较大影响，试件的延性增强，逐渐由脆性破坏向塑性破坏转变，当裂隙数量足够多时，试件将出现完全延性，呈近似塑性流动变形破坏。同时还可以得到，裂隙倾角越接近主应力加载方向，其结构效应就越发明显，结构效应可以有效的缓和裂隙对试件的损伤效果。
图4为不同裂隙数量试件在0°，30°，60°和90°倾角裂隙条件下的峰值强度曲线。在图4中，当裂隙倾角小于90°时，裂隙试件的峰值强度随裂隙数量的增加而呈明显的减小趋势，其中60°倾角裂隙试件的减小幅度最为明显，当裂隙数量由1条依次增加至3条时，其峰值强度依次减小了25.4%和37.4%，表明裂隙对试件的损伤效应随其数量的增加而逐渐增强。但是，当裂隙倾角为90°时，裂隙试件的峰值强度随裂隙数量的增加出现先减小后增大的变化趋势，但增减幅度很小，分别为4.3%和4.9%，这主要是由于此时裂隙的存在虽然破坏了试件的完整性，但是切割作用会在试件中部形成“多柱状”的承载结构，因此对试件的承载能力影响很小。
图4 不同裂隙数量试件峰值强度变化曲线
Fig.4 Peak-strength curves of specimens with different fracture number
试件的弹性模量和轴向峰值应变能够很好的反映出试件的变形特征[16]，因此，对不同裂隙数量试件的弹性模量和轴向峰值应变进行了统计分析，如图5，6所示。
图5 不同裂隙数量试件的弹性模量统计曲线
Fig.5 Statistical curves of elasticity modulus of specimens with different fracture number
图6 不同裂隙数量试件的轴向峰值应变统计曲线
Fig.6 Statistical curves of axial peak strain of specimens with different fracture number
在图5中，试件在不同裂隙倾角条件下的弹性模量随着裂隙数量的增加总体上均呈现出减小的趋势。当裂隙倾角为0°时，减小趋势最为明显，但是，随着裂隙倾角的逐渐增大，这种趋势逐渐减弱，当裂隙倾角增至90°时，试件弹性模量随裂隙数量的增加只出现少许的下降。出现这种现象主要是由于:① 在受压情况下，水平裂隙比倾斜和垂直裂隙更容易发生变形闭合，且随着裂隙数量的增加，每条裂隙的变形闭合会出现一定程度的叠加，这就导致试件在受力情况下抵抗变形的能力减弱，弹性模量降低;② 随着裂隙倾角的增大，裂隙压缩变形闭合逐渐减弱，而结构效应反而逐渐明显，从而缓和了裂隙数量对试件弹性模量的损伤效果。
由图6可知，在不同裂隙倾角条件下，裂隙试件的轴向峰值应变随裂隙数量的增加均呈现先增大后减小的“雁行”状变化趋势。分析其原因主要是由于裂隙的存在会破坏试件的完整性，降低其承载能力，所以随着裂隙的增加，试件在较小的轴向应力条件下便会产生较大的变形，但是当裂隙数量持续增加时，试件的承载能力将大大降低，即在较小的应力条件下就发生破坏丧失承载能力，因而所产生的轴向应变也将变小。
通过以上分析可知，裂隙数量会对试件的变形特征产生较大的影响。
由于本次试验中预制裂隙为贯穿型裂隙，试件前后两面的几何形态及破裂模式基本相同，因此，选择只对试件单面的破坏模式进行分析。同时结合Tang[17]对裂纹类型的划分，本次试验的裂纹主要划分为翼裂纹、反向翼裂纹、次生裂纹和远场裂纹，如图7所示。
图7 试件发育裂纹的分类
Fig.7 Classification of cracks formed inside the specimen
为了研究裂隙数量对试件破坏模式的影响，在此分别对0°，30°，60°和90°四种倾角条件下的不同数量裂隙试件在单轴压缩条件下的破坏模式进行了系统的分析研究，如图8所示。
图8(a)～(c)为0°倾角条件下，不同裂隙数量试件的破坏模式示意图。图8(a)中，单裂隙试件主要由预制裂隙两端产生的拉伸翼裂纹和拉伸反向翼裂纹延伸至试件顶、底部致使试件破坏，为典型的拉伸破坏模式;图8(b)中的双裂隙试件的破坏主要由双裂隙左端的剪切次生裂纹和右端的拉伸翼裂纹分别交合并向试件边界延伸所致，破坏模式以拉伸破坏为主，剪切破坏为辅;图8(c)中三裂隙试件完全是由各预制裂隙产生的拉伸次生裂纹和拉伸翼裂纹延伸扩展至试件顶底部从而导致试件丧失承载能力，为纯粹的拉伸破坏。由以上分析可知，0°倾角条件下，试件的破坏模式受裂隙数量的影响程度不大，均以拉伸破坏为主或完全拉伸破坏模式。
图8(d)～(f)为30°倾角条件下，不同裂隙数量试件的破坏模式示意图。在图8(d)中，单裂隙试件的破坏主要是预制裂隙两端的剪切翼裂纹分别向试件边界延伸扩展的结果，破坏模式主要为剪切破坏，局部存在拉伸破坏;图8(e)中的双裂隙试件为典型的拉剪复合破坏模式，分别由上、下部预制裂隙两端的剪切翼裂纹和拉伸反向翼裂纹向上和向下延伸扩展致使试件破坏;图8(f)中3裂隙试件破坏形态与破坏模式与图8(c)类似，为典型的拉伸破坏模式。对图8(d)～(f)的分析内容进行总结可得到，在30°倾角条件下，试件破坏模式易受裂隙数量的影响，试件的破坏模式由剪切破坏为主转变为拉剪复合破坏，最终变成纯拉伸破坏模式。
图8 不同裂隙数量试件的破坏模式
Fig.8 Failure modes of specimens with different fracture number
图8(g)～(i)为60°倾角条件下，不同裂隙数量试件的破坏模式示意图。图8(g)中单裂隙试件由预制裂隙端头产生的两条剪切翼裂纹和一条拉伸翼裂纹相互连接贯通致使试件完全破裂，破坏模式为拉剪复合破坏;8(h)中双裂隙试件的破坏由上部裂隙下端头的拉伸次生裂纹和下部裂隙两端的拉伸翼裂纹向上和向下延伸扩展至试件边界所致，为拉伸破坏模式;8(i)中3裂隙试件为拉剪复合破坏，试件上部以剪切破坏为主，下部以拉伸破坏为主，岩桥全部为剪断。对图8(g)～(i)的分析内容进行总结可得到，在60°倾角条件下，裂隙数量对试件破坏模式的影响较为模糊，并没有特定的转变规律可循。
图8(j)～(l)为90°倾角条件下，不同裂隙数量试件的破坏模式示意图。其中图8(j)和(k)中的单、双裂隙试件的破坏模式基本相同，均由预制裂隙端头发育的多条拉伸次生裂纹和拉伸远场裂纹相互扩展贯通致使裂隙试件的最终破坏，主要为拉伸破坏，但局部存在剪切破坏;图8(l)中的3裂隙试件为纯粹的剪切破坏，其左预制裂隙上端和右预制裂隙下端发育的剪切翼裂纹延伸至试件边部，且两者通过剪切裂纹贯通，从而致使试件完全破坏。对图8(j)～(l)的分析内容进行总结可得到，在90°倾角条件下，随着裂隙数量的增加，试件逐渐由以拉伸破坏为主的破坏模式向剪切破坏转变。
对图8所有的分析内容进行总结得到:在不同倾角条件下，裂隙数量对试件破坏模式的影响效果差异很大，其中，裂隙数量对倾斜和垂直裂隙试件破坏模式的影响比水平裂隙试件的明显。
不同开度的单裂隙试件在0°，45°和90°裂隙倾角条件下的应力-应变曲线如9所示。
图9 不同开度单裂隙试件的应力-应变曲线
Fig.9 Stress-strain curves of single fractured specimens with different aperture
对图9进行分析可知，相对于裂隙数量，裂隙开度对试件应力-应变曲线的影响程度较小。随着裂隙开度的增大，试件的应力-应变曲线除峰后破坏阶段变化较为明显外，其余阶段均十分相似。在裂隙倾角为0°和45°条件下，随着裂隙开度的增加，试件峰后应力-应变曲线的多台阶式下跌现象越发明显，表明其塑性破坏特征逐渐加强;但是，在裂隙倾角为90°条件下，随着裂隙开度的增加，裂隙试件峰后应力-应变曲线由台阶式下跌逐渐转变为快速直线下跌，即由塑性破坏逐渐向脆性破坏转变。由以上分析可知，裂隙开度对低强度裂隙试件应力-应变曲线的影响极其有限，只能对其峰后破坏阶段产生一定影响，且还要受到裂隙倾角的限制。
图10 不同开度单裂隙试件峰值强度变化曲线
Fig.10 Peak strength curves of single fractured specimens with different aperture
图10为不同开度单裂隙试件峰值强度变化曲线。从图10可以得到，在不同裂隙倾角条件下，随着裂隙开度的增大，单裂隙试件的峰值强度均为先增大再减小，呈“雁行”状变化趋势，但增减幅度相对较小。随着裂隙倾角的增大，裂隙试件峰值强度随裂隙开度增大而产生增减的幅度逐渐明显。由此可知，裂隙开度对试件的峰值强度的影响较小，且存在最弱影响开度值，当大于或小于这一开度值时，裂隙开度对试件峰值强度的影响程度都会增强。本次试验中，最弱影响开度值即为2 mm。
图11和12分别为0°，45°和90°倾角条件下不同开度单裂隙试件的弹性模量和轴向峰值应变统计柱状图。
图11 不同开度单裂隙试件的弹性模量统计柱状图
Fig.11 Histogram of elastic modulus of single fractured specimens with different aperture
图12 不同开度单裂隙试件的轴向峰值应变统计柱状图
Fig.12 Histogram of axial peak strain of single fractured specimens with different aperture
在图11中，当裂隙开度由1 mm增至2 mm时，0°，45°和90°倾角单裂隙试件的弹性模量分别增加了7.0%，11.7%和3.2%，当裂隙开度由2 mm增至3 mm时，0°，45°和90°倾角单裂隙试件的弹性模量分别减小了7.7%，4.6%和2.4%。以上结果表明，在不同裂隙倾角条件下，单裂隙试件的弹性模量随裂隙开度的增加呈现先增大后减小的变化趋势，但在倾斜裂隙条件下的增减幅度要大于水平和垂直裂隙条件下。
在图12中，当裂隙开度由1 mm增至2 mm时，0°，45°和90°倾角单裂隙试件的轴向峰值应变分别减小了1.5%，17.9%和1.4%;当裂隙开度由2 mm增至3 mm时，0°和45°倾角单裂隙试件的轴向峰值应变分别增加了5.5%和17.7%，90°倾角单裂隙试件的轴向峰值应变出现小幅降低，减小了0.7%。通过以上分析可知，单裂隙试件的轴向峰值应变随裂隙开度的增加出现先减小后增大的变化趋势。相对于水平和垂直裂隙试件，倾斜裂隙试件的峰值应变对裂隙开度的变化更为敏感。
综合以上分析可得，裂隙开度对低强度倾斜裂隙试件的变形特征影响较大，而对水平和垂直裂隙试件的影响程度却很小。
为了研究裂隙开度对试件破坏模式的影响，在此分别对0°，45°和90°三种倾角条件下的不同开度裂隙试件在单轴压缩条件下的破坏模式进行了系统的分析研究，如图13所示。
图13 不同开度单裂隙条件下试件的破坏模式
Fig.13 Failure modes of single fractured specimens with different aperture
图13(a)～(c)为0°倾角条件下，不同开度单裂隙试件的破坏模式示意图，从图13(a)中可知，开度1 mm裂隙试件的破坏是由预制裂隙两端向上发育的拉伸翼裂纹和剪切翼裂纹与其中部向下发育的拉伸次生裂纹发育贯通所导致的，破坏模式以拉伸破坏为主，剪切破坏为辅;在图13(b)中，预制裂隙右端的拉伸翼裂纹和左端的拉伸反向翼裂纹的延伸扩展致使开度2 mm裂隙试件丧失承载能力，为典型的拉伸破坏模式;图13(c)中的开度3 mm裂隙试件主要由预制裂隙左端的拉伸反向翼裂纹和右端的剪切反向翼裂纹发育贯通从而导致破坏，破坏模式以拉伸破坏为主，剪切破坏为辅。由以上分析可知，在0°倾角条件下，裂隙开度对试件破坏模式的影响效果不明显，均为以拉伸破坏为主的破坏模式。图13(d)～(f)为45°倾角条件下不同开度单裂隙试件的破坏模式示意图，从图中可知，开度1，2和3 mm的裂隙试件的破坏模式基本相同，都是由预制裂隙上部的拉伸裂纹和其下部的两条剪切裂纹延伸扩展至试件顶、底部，连通贯穿整个试件从而致使其完全破坏，破坏形态均呈倒“Y”字形，破坏模式为典型的拉剪复合破坏模式。由以上分析可知，在45°倾角条件下，试件破坏模式几乎不受预制裂隙开度的影响，均为拉剪复合破坏模式。图13(g)～(i)为90°倾角条件下不同开度单裂隙试件的破坏模式示意图，在图13(g)中，开度1 mm裂隙试件的破坏是由预制裂隙上下两端产生的拉伸次生裂纹分别延伸扩展至试件顶、底部边界而导致的，为典型的拉伸破坏模式;图13(h)中的开度2 mm裂隙试件是由多条拉伸次生裂纹和拉伸远场裂纹相互贯通致使裂隙试件的最终破坏，整体上呈现拉伸破坏，但试件底部存在局部的剪切破坏;从图13(i)中可知，开度3 mm裂隙试件的破坏形式较为简单，由预制裂隙中部左右两边的剪切次生裂纹分别延伸至试件的顶、底部从而致使试件完全破坏，为典型的单斜面剪切破坏模式。由以上分析可知，在90°倾角条件下，预制裂隙开度的增大可以逐渐改变试件的破坏模式，使其由纯粹的拉伸破坏逐渐向单一的剪切破坏转变。
通过以上分析可得，裂隙开度对低强度垂直裂隙试件(即裂隙方向与主应力方向相同)破坏模式的影响非常大，可以完全改变其破坏形态和破坏模式，但其对低强度水平和倾斜裂隙试件的破坏模式基本没有什么影响。
(1)裂隙数量对低强度岩体试件应力-应变曲线的影响非常大，可使其弹性变形阶段的持续时间大为减小，并提前进入裂纹萌生与扩展阶段，应变软化阶段也显著延长，同时峰后破坏阶段由快速下跌转变为台阶式下跌，最后变为水平延伸式缓慢下跌，表明随着裂隙数量的增加，裂隙试件的延性逐渐增强，最终出现完全延性特征，同时逐渐由脆性破坏转变为塑性破坏，最终转变为塑性流动变形破坏。但随着裂隙倾角的增大，影响程度逐渐随结构效应的增强而减弱。而裂隙开度对低强度岩体试件应力-应变曲线的影响极其有限，只能对其峰后破坏阶段产生一定影响。
(2)在水平和倾斜裂隙条件下，低强度岩体试件的峰值强度随裂隙数量的增加呈明显减小趋势，但在垂直裂隙条件下，受“多柱状”承载结构效应影响，试件的峰值强度不会随裂隙数量的增加而出现明显的波动变化。裂隙开度则对试件峰值强度的影响较小，且存在最弱影响开度值，当大于或小于这一开度值时，裂隙开度对试件峰值强度的影响程度都会增强。
(3)裂隙数量对不同裂隙倾角条件下低强度岩体试件的变形特征均有较大影响，而裂隙开度只对倾斜裂隙试件的变形特征影响较为明显。
(4)裂隙数量对倾斜和垂直裂隙试件破坏模式的影响要比水平裂隙试件的明显。在倾斜和垂直裂隙条件下，试件的破坏模式将随裂隙数量的增加在拉伸破坏和剪切破坏之间转换，但转换规律不明确。裂隙开度可以完全改变低强度垂直裂隙试件的破坏模式，随着裂隙开度的增大，试件由纯粹的拉伸破坏逐渐向单一剪切破坏转变，但对水平和倾斜裂隙试件的破坏模式基本没有什么影响。
参考文献
[1] 黄彦华,杨圣奇,鞠杨,等.断续裂隙类岩石材料三轴压缩力学特性试验研究[J].岩土工程学报,2016,38(7):1212-1220.
HUANG Yanhua,YANG Shengqi,JU Yang,et al.Experimental study on mechanical behavior of rock-like materials containing pre-existing intermittent fissures under triaxial compression[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2015,40(10):2336-2346.
[2] 杨圣奇,戴永浩,韩立军,等.断续预制裂隙脆性大理岩变形破坏特性单轴压缩试验研究[J].岩石力学与工程学报,2009,28(12):2391-2404.
YANG Shengqi,DAI Yonghao,HAN Lijun,et al.Uniaxial compression experimental research on deformation and failure properties of brittle marble specimen with pre-existing fissures[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2009,28(12):2391-2404.
[3] 张波,李术才,杨学英,等.含交叉裂隙节理岩体单轴压缩破坏机制研究[J].岩土力学,2014,35(7):1863-1870.
ZHANG Bo,LI Shucai,YANG Xueying,et al.Uniaxial compression failure mechanism of jointed rock mass with cross-cracks[J].Rock and Soil Mechanics,2014,35(7):1863-1870.
[4] BOMBOLAKIS E G.Photoelastic study of initial stages of brittle fracture in compression[J].Tectonophysics,1968,6(6):461-473.
[5] YANG Shengqi.Crack coalescence behavior of brittle sandstone samples containing two coplanar fissures in the process of deformation failure[J].Engineering Fracture Mechanics,2011,78(17):3059-3081.
[6] YANG Shengqi,LIU Xiangru,JING Hongwen.Experimental investigation on fracture coalescence behavior of red sandstone containing two unparallel fissures under uniaxial compression[J].International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences,2013,63:82-92.
[7] 杨圣奇.断续三裂隙砂岩强度破坏和裂纹扩展特征研究[J].岩土力学,2013,34(1):31-39.
YANG Shengqi.Study of strength failure and crack coalescence behavior of sandstone containing three pre-existing fissures[J].Rock and Soil Mechanics,2013,34(1):31-39.
[8] 肖桃李,李新平,贾善坡.深部单裂隙岩体结构面效应的三轴试验研究与力学分析[J].岩石力学与工程学报,2012,31(8):1666-1673.
XIAO Taoli,LI Xinping,JIA Shanpo.Triaxial test research and mechanical analysis based onstructure surface effect of deep rock mass with single fissure[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2012,31(8):1666-1673.
[9] 肖桃李,李新平,贾善坡.两条断续贯通的预制裂隙岩样破坏特性的三轴压缩试验研究[J].岩石力学与工程学报,2015,34(12):2455-2462.
XIAO Taoli,LI Xinping,JIA Shanpo.Triaxial test research of failure characteristic with two pre-existing transfixion cracks[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2015,34(12):2455-2462.
[10] YANG S Q,JING H W.Strength failure and crack coalescence behavior of brittle sandstone samples containing a single fissure under uniaxial compression[J].Int.J.Fract.,2011,168(2):227-250.
[11] YANG S Q,DAI Y H,HAN L J,et al.Experimental study on mechanical behavior of brittle marble samples containing different flaws under uniaxial compression[J].Eng.Fract.Mech.,2009,76(12):1833-1845.
[12] YANG S Q,JIANG Y Z,XU W Y,et al.Experimental investigation on strength and failure behavior of pre-cracked marble under conventional triaxial compression[J].Int.J.Solids.Struct.,2008,45(17):4796-4819.
[13] 赵延林,万文,王卫军,等.类岩石材料有序多裂纹体单轴压缩破断试验与翼形断裂数值模拟[J].岩土工程学报,2013,35(11):2097-2108.
ZHAO Yanlin,WAN Wen,WANG Weijun,et al.Fracture experiments on ordered multi-crack body in rock-like materials under uniaxial compression and numerical simulation of wing cracks[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2013,35(11):2097-2108.
[14] WANG S Y,SLOAN S W,SHENG D C,et al.Numerical study of failure behaviour of pre-cracked rock specimens under conventional triaxial compression[J].International Journal of Solids and Structures,2014,51(5):1132-1148.
[15] 黄彦华,杨圣奇.非共面双裂隙红砂岩宏细观力学行为颗粒流模拟[J].岩石力学与工程学报,2014,33(8):1644-1653.
HUANG Yanhua,YANG Shengqi.Particle flow simulation of macro-and meso-mechanical behavior of red sandstone containing two pre-existing non-coplanar fissures[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2014,33(8):1644-1653.
[16] ZHUANG X Y,CHUN J W,ZHU H H.A comparative study on unfilled and filled crack propagation for rock-like brittle material[J].Theor.Appl.Fract.Mech.,2014,72,110-120.
[17] TANG C A,LIN P,WONG R H C,et al.Analysis of crack coalescence in rock-like materials containing three flaws—part II:numerical approach[J].Int.J.Rock Mech.Min.Sci.,2001,38(7):925-939.