Численное исследование анизотропии и влияния формы на механические свойства базальтов с столбчатой отдельностью, содержащих поперечные трещины

Исследованы нелинейный механический отклик и механизм разрушения базальтов со столбчатой отдельностью (CJB), содержащих поперечные трещины, с использованием мезомеханического моделирования, статистической теории повреждаемости и механики сплошных сред. Анизотропия и влияние формы CJB с поперечными трещинами изучались при различных боковых давлениях. Цифровые изображения преобразовывались в неоднородные сетки элементов, что позволило воспроизвести процесс постепенного разрушения и различные режимы разрушения CJB. Исследовались прочность на сжатие (CS) и эквивалентный модуль деформации (EDM) CJB, ориентированных параллельно и перпендикулярно оси столбцов. Результаты показывают, что при увеличении угла наклона столбцов кривая зависимости CS для CJB приобретает U-образную форму, а при углах наклона столбцов 0°–90° CS существенно возрастает с увеличением бокового давления. При изменении формы CJB с 6 м × 3 м на 3 м × 3 м и затем на 1,5 м × 3 м CS продолжает увеличиваться. Кроме того, установлено, что поперечные трещины имеют ключевое значение для определения механических свойств CJB при определённых углах наклона столбцов. Однако высокое боковое давление может уменьшать различие в CS между CJB с поперечными трещинами и без них. С увеличением модуля упругости трещин CS возрастает, тогда как EDM сначала увеличивается, а затем практически стабилизируется. Коэффициент остаточной прочности породы оказывает значительное влияние на CS при определённых углах наклона столбцов. Кроме того, границы модели существенно влияют на анизотропию и влияние формы на механические свойства CJB при сжатии. Эти выводы способствуют углублению понимания механизмов и характера разрушения базальтов со столбчатой отдельностью, содержащих поперечные трещины.