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蔡   林 ，王桂堯 ，鄭   濤 ，劉劍航

 

（長沙理工大學 土木工程學院 ，長沙 410114)

摘   要 ：為系統揭示側向剛度對巖體強度劣化及裂紋擴展機制的影響規律 ，引入初始損傷系數 γ開展含預制裂紋系統試樣的雙軸壓縮試驗。試驗結果表明：側向約束剛度對裂紋誘導的強度折損具有顯著抑制作用 ，且抑制效應隨側向約束剛度和初始損傷系數  (0. 07 ~ 0. 64)  的增大呈非線性增長趨勢 ；側向約束剛度可以提升巖體起裂應力閾值 ，促進次生裂紋萌生 ，但翼型裂紋抑制效應受裂紋傾角調控 ；側向約束剛度可約束巖體變形，驅動巖體破壞性質由脆性破壞向塑性破壞轉變 ；側向約束剛度促使試樣破壞模式由彎折壓潰破壞向直接壓潰破壞轉變。探明了側向剛度對巖體力學行為及裂紋擴展行為的作用規律 ，提出了側向約束剛度—裂紋傾角—初始損傷程度耦合模型 ，為隧道 、礦山等支護結構變剛度設計提供了理論支撐 ，推動支護結構向動態支護發展。

關鍵詞：側向剛度 ；損傷巖體 ；巖體強度 ；雙軸壓縮 ；裂紋擴展

中圖分類號：TU45            文獻標志碼：A           文章編號： 1005- 8249   (2026)  01- 0156- 13

DOI:10. 19860/j.cnki.issn1005 - 8249.2026.01 .027

CAI Lin ,  WANG Guiyao ,  ZHENG Tao ,  LIU Jianhang

(School of Civil Engineering ,  Changsha University of Science and Technology ,  Changsha 410114 ,  China)

Abstract :  As significant support forms in engineering ,  flexible and rigid supports are widely employed ,  and their mechanical effects are closely associated with the  stiffness  characteristics  of the  support  structure .    To  systematically  disclose  the  influence  rules of lateral stiffness  on  the  strength  deterioration  and  crack propagation mechanism of  the  rock  mass ,   the  initial  damage coefficient  ( γ)  was introduced to represent the initial damage degree of the prefabricated crack system specimens .   Based on the self -  developed  test  device  with   adjustable  lateral  constraint  stiffness ,   biaxial   compression  tests  on  the  specimens  with prefabricated crack systems were conducted .   The test results  indicate that :  The total lateral stiffness has a remarkable inhibitory effect on the strength loss induced by cracks ,  and the inhibitory effect shows a nonlinear growth trend with the increase of lateral constraint stiffness  and  the  initial  damage  coefficient  (0. 07  - 0. 64) ;   The  lateral  constraint  stiffness  can enhance the  crack  initiation stress threshold of the rock mass and facilitate the initiation of secondary cracks ,  but the inhibitory effect on the wing -  shaped cracks is regulated by the  crack  inclination  angle;  The  lateral  constraint  stiffness  can  constrain  the  deformation  of the  rock mass and drive the failure nature of the rock mass to transform from brittle failure to plastic failure;  The lateral constraint stiffness prompts the failure mode of the specimens to change from bending and crushing failure to direct crushing failure .   The

research reveals the  evolution  law  of  the  rock  mass strength and  the transformation mechanism of  the  failure mode under the coupling effect  of  lateral   constraint  stiffness   and  initial  damage ,   and   establishes   the   mapping  relationship  among  support stiffness ,   initial damage coefficient ,   and failure  mode ,   providing a theoretical basis for the design of support structures and the assessment of surrounding rock stability.

Key words :  lateral stiffness;  damaged rock mass;  rock mass strength;  biaxial compression;  crack propagation

作者簡介：蔡   林  (2000—) ,  男 ，碩士 ，研究方向：巖土工程。

通信作者： 王桂堯  (1963—) ,  男 ，博士 ，教授 ，研究方向：巖土工程與邊坡工程。

收稿日期：2025 - 03 - 29