基于數(shù)字圖像的不同傾角節(jié)理灰?guī)r破裂模式及細(xì)觀尺度破裂過程研究1)

牛運(yùn)玖 葉海旺 李 寧 王其洲 雷 濤

(武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，武漢430070)

(礦物資源加工與環(huán)境湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢430070)

寶山礦區(qū)位于貴州省安龍縣城290°方位直距約 10 km 處，礦區(qū)面積約 1.37 km2。礦體走向長800 ～895 m，出露寬度320 ～550 m，傾向延深125 ～380 m，厚139.90 ～170.60 m；礦石類型為淺灰～灰白色厚層塊狀泥粉晶灰?guī)r；該礦區(qū)石灰?guī)r礦礦石資源量7963 萬噸，具有較好的勘探及開采潛力。該區(qū)巖體由于各種地質(zhì)作用的長期影響，巖體被不同產(chǎn)狀的結(jié)構(gòu)面所切割，導(dǎo)致了復(fù)雜細(xì)觀結(jié)構(gòu)的形成，其破裂過程及力學(xué)特性將會(huì)愈加復(fù)雜。巖體中分布著不同方向及角度的節(jié)理，節(jié)理傾角的不同將會(huì)對(duì)巖體破裂機(jī)制產(chǎn)生重大影響[1-2]。巖石在破壞過程中，裂縫的萌生、剪切帶的形成和應(yīng)力集中區(qū)域分布等變形問題都與巖石內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，巖石的非均勻性及不同傾角節(jié)理幾何分布特性對(duì)巖石的破壞模式和細(xì)觀尺度破裂過程有著重要的影響，因此，研究其破壞模式和細(xì)觀尺度破裂過程，對(duì)揭示含節(jié)理灰?guī)r破裂過程的宏觀非線性力學(xué)行為和巖石穩(wěn)定性具有重要理論意義。

近年來，眾多學(xué)者對(duì)節(jié)理切割方向?qū)r體力學(xué)特性及破裂模式的影響進(jìn)行了大量研究。Yang 等[3]基于室內(nèi)巖石力學(xué)試驗(yàn)深入分析了節(jié)理傾角與巖石強(qiáng)度特性和破壞模式之間的內(nèi)在關(guān)系。Yang 等[4]研究了節(jié)理傾角和間距對(duì)砂巖破碎效應(yīng)的影響，并提出了節(jié)理巖石破裂計(jì)算模型。劉紅巖等[5]基于相似模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)不同傾角節(jié)理預(yù)制試件的破壞模式及峰值強(qiáng)度進(jìn)行了研究，表明節(jié)理的構(gòu)造形態(tài)對(duì)其破裂模式及峰值強(qiáng)度影響顯著。Wasantha 等[6]對(duì)水泥砂漿節(jié)理試件進(jìn)行了單軸壓縮試驗(yàn)，表明節(jié)理的位置、傾角和跡長對(duì)抗壓強(qiáng)度均有影響。孫旭曙等[7]通過預(yù)制不同角度單一貫通節(jié)理巖體試件并開展單軸壓縮試驗(yàn)和三軸壓縮試驗(yàn)，系統(tǒng)分析了彈性模量、黏聚力等與節(jié)理傾角之間的內(nèi)在關(guān)系。Gao 等[8]通過實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)對(duì)砂巖的各向異性進(jìn)行了研究，表明節(jié)理傾角對(duì)巖石強(qiáng)度及變形特性具有顯著影響。以上研究對(duì)于揭示節(jié)理巖體的破裂機(jī)制取得了很多有意義的成果，但均是從宏觀尺度上開展的研究，而忽略了巖石的細(xì)觀力學(xué)性質(zhì)及真實(shí)細(xì)觀結(jié)構(gòu)，因此難以揭示其破裂過程及破裂本質(zhì)。

巖石的細(xì)觀結(jié)構(gòu)與其應(yīng)力分布、破壞模式等有著密切的聯(lián)系，其宏觀尺度力學(xué)性能和斷裂過程取決于材料的細(xì)觀尺度行為和細(xì)觀結(jié)構(gòu)。隨著計(jì)算機(jī)圖形硬件和圖像處理技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字圖像處理技術(shù)已運(yùn)用于巖石力學(xué)的研究中[9]。Chen 等[10]根據(jù)巖石圖像信息，將巖石各種成分識(shí)別出來，提出了一種考慮巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)的數(shù)值算法，并用該算法對(duì)巖石破裂過程進(jìn)行了研究；劉鎬等[11]基于數(shù)字圖像及巖石破裂過程分析系統(tǒng)(RFPA2D) 建立了含不同裂紋幾何分布的混凝土真實(shí)細(xì)觀結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型，并對(duì)混凝土內(nèi)蘊(yùn)裂紋的擴(kuò)展變形規(guī)律及破裂過程進(jìn)行了研究；Zhu 等[12]基于數(shù)字圖像處理技術(shù)，建立了巖石非均質(zhì)結(jié)構(gòu)，并導(dǎo)入RFPA2D 中構(gòu)建了巖石的流固耦合模型。李冰峰等[13]采用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)含孔洞裂紋花崗巖破裂過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出了花崗巖的細(xì)觀結(jié)構(gòu)直接決定著裂紋的擴(kuò)展路徑的結(jié)論。以上研究基于數(shù)字圖像處理技術(shù)建立了考慮巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型并進(jìn)行了力學(xué)分析，但鮮有學(xué)者考慮不同傾角節(jié)理的幾何分布對(duì)巖石破裂模式及破裂過程的影響。

灰?guī)r的非均勻性對(duì)裂紋的萌生、擴(kuò)展及破裂都有著重要影響，破裂失穩(wěn)過程中會(huì)造成應(yīng)力的不均勻分布。為了能較好地模擬出不同傾角節(jié)理灰?guī)r的破裂模式及細(xì)觀尺度破裂過程，本文利用圖像處理技術(shù)表征灰?guī)r內(nèi)部真實(shí)結(jié)構(gòu)，并結(jié)合RFPA2D 建立不同傾角節(jié)理灰?guī)r的有限元數(shù)值模型，模擬單軸壓縮作用下不同傾角節(jié)理灰?guī)r的破裂模式及細(xì)觀尺度破裂過程，研究不同傾角節(jié)理幾何分布及細(xì)觀非均勻性對(duì)灰?guī)r結(jié)構(gòu)效應(yīng)的影響，對(duì)揭示含節(jié)理灰?guī)r破裂過程的宏觀非線性力學(xué)行為和巖石穩(wěn)定性具有重要的理論意義和參考價(jià)值。

1 基于數(shù)字圖像的灰?guī)r真實(shí)細(xì)觀結(jié)構(gòu)數(shù)值模型

數(shù)字圖像處理技術(shù)通過灰度和顏色的差別來區(qū)分材料細(xì)觀組分的幾何形狀及空間分布，運(yùn)用該技術(shù)對(duì)巖石內(nèi)部不同介質(zhì)的顏色與亮度差異來確定分割值，然后用該值劃分出每種介質(zhì)的分布情況，可得到材料的非均勻性表征圖像。圖1(a) 是在天津三英公司通過高分辨率CT 進(jìn)行掃描所得到的CT 切片，為24bit， 顯示了含方解石脈的灰?guī)r的圖像，深色材料是灰?guī)r，淺色材料是方解石，圖像分辨率為500×500 像素，試件實(shí)際尺寸為50 mm×50 mm。由于彩色顏色變化不明顯，所以圖像處理在HIS (Hue為色調(diào)，Intensity 為亮度，Saturation 為飽和度) 彩色空間中通過分析亮度I 值的變化規(guī)律進(jìn)行多閥值分割[10，14]。圖1(a) 是掃描線AA′穿過圖像的位置，圖1(b) 是掃描線上AA′上I 值的變化曲線，將該掃描線穿過的礦物介質(zhì)與曲線的變化進(jìn)行對(duì)比，通過在HIS 彩色空間中對(duì)CT 圖像進(jìn)行多次劃分，確定將I = 150 作為細(xì)觀材料的分割值，這樣就把灰?guī)r細(xì)觀介質(zhì)分成了2 種，即當(dāng)I = 0 ～150 時(shí)為灰?guī)r，I = 150 ～255 時(shí)為方解石。圖1(c) 是對(duì)圖1(a)通過圖像處理后得到的表征圖像，從圖1 中可看出表征圖像能更準(zhǔn)確清晰地顯示出灰?guī)r中方解石的形狀及空間分布。

將有限元與數(shù)字圖像處理技術(shù)相結(jié)合，在有限元方法中，需要將研究對(duì)象劃分為許多小的網(wǎng)格。由于眾多像素組成了數(shù)字圖像，因此，可將像素點(diǎn)視為有限元中的單元(見圖2)。整個(gè)表征圖像就可轉(zhuǎn)化為若干個(gè)有限元網(wǎng)格，然后根據(jù)表征出來的顏色對(duì)每種材料組分進(jìn)行材料參數(shù)賦值，并在數(shù)值模型中輸入不同組分的非均勻系數(shù)，建立考慮材料真實(shí)細(xì)觀結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型。

圖1 含節(jié)理灰?guī)r數(shù)字圖像處理過程

圖2 灰?guī)r的數(shù)字圖像及其有限元網(wǎng)格模型

本研究使用巖石破裂過程分析系統(tǒng)(RFPA2DDIP) 進(jìn)行數(shù)值模擬，該系統(tǒng)可模擬巖石的細(xì)觀破裂演化及破裂全過程，是一個(gè)二維有限元軟件[15]。在數(shù)值計(jì)算中，考慮到材料的非均勻性，我們假設(shè)灰?guī)r和方解石的基質(zhì)單元的力學(xué)參數(shù)服從Weibull 分布函數(shù)[16]

式中，u代表?xiàng)钍夏Ａ浚瑥?qiáng)度特性等變量，以代表相應(yīng)的平均值；m代表f(u) 的形狀，代表異質(zhì)程度，可以稱為非均質(zhì)指數(shù)；f(u) 為材料單元力學(xué)性能的統(tǒng)計(jì)分布密度。模型中分別考慮了方解石和灰?guī)r的非均勻性，采用Monte-Carlo 方法為細(xì)觀單元力學(xué)參數(shù)進(jìn)行賦值[17-18]。

灰?guī)r內(nèi)部各細(xì)觀介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)如表1 所示[19]，數(shù)值模型實(shí)際尺寸為50 mm×50 mm，力學(xué)加載簡圖如圖3 所示，P為模型所受軸向壓力，在軸向采用位移壓縮加載控制，水平方向不施加約束且無初始位移，施加初始位移為0.001 mm，單步增量0.001 mm，加載直到試件破裂為止。

為了研究不同傾角節(jié)理灰?guī)r的力學(xué)特性差異及灰?guī)r中方解石的形狀、大小和分布引起的細(xì)觀尺度非均勻性對(duì)灰?guī)r宏觀破裂的影響，需確保含節(jié)理灰?guī)r的細(xì)觀介質(zhì)一致。因此，我們對(duì)CT 圖像進(jìn)行數(shù)字圖像處理，通過處理共獲取7 幅數(shù)字圖像。如圖4，數(shù)字圖像的方位角分別為α=0°；α=15°；α=30°；α= 45°；α= 60°；α= 75°；α= 90°，其中α為水平方向與方解石脈的夾角。

表1 灰?guī)r試件的力學(xué)參數(shù)

圖3 數(shù)值模型力學(xué)加載簡圖(α=60°)

圖4 不同傾角節(jié)理灰?guī)r數(shù)字圖像

2 結(jié)果與討論

2.1 單軸壓縮作用下灰?guī)r的力學(xué)特性

選取節(jié)理傾角為45°時(shí)試件的模擬結(jié)果來對(duì)應(yīng)力的分布特性進(jìn)行分析，圖5 為加載初期當(dāng)節(jié)理傾角為45°時(shí)試件中的彈性模量和主應(yīng)力分布情況，由于巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性導(dǎo)致了圖中不同區(qū)域的亮度具有一定的差異性。通過與彈性模量圖對(duì)比發(fā)現(xiàn)，充填有方解石脈的試件內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，在方解石脈與灰?guī)r的臨界面(弱結(jié)構(gòu)面)處具有較高的亮度且應(yīng)力集中分布較顯著，表明亮度越大則應(yīng)力越大，這說明了灰?guī)r內(nèi)部方解石脈的存在及細(xì)觀結(jié)構(gòu)的非均勻性對(duì)應(yīng)力的分布影響顯著。根據(jù)彈性力學(xué)，試件的抗壓強(qiáng)度計(jì)算公式為

式中，PC為試件破壞時(shí)的最大壓縮載荷，A為試件的橫截面面積。

圖5 加載初期試件主應(yīng)力及彈性模量分布圖

表2 顯示了數(shù)值試驗(yàn)的模擬結(jié)果，α為水平方向與灰?guī)r中方解石脈之間的角度。圖6 顯示了不同傾角節(jié)理灰?guī)r彈性模量與抗壓強(qiáng)度的變化情況，α為水平方向與灰?guī)r中方解石脈之間的角度。如表2，數(shù)值試樣的抗壓強(qiáng)度均小于表1。實(shí)際上這種現(xiàn)象并不是例外，數(shù)值模擬的單元強(qiáng)度只能在均勻性指數(shù)m趨于無窮大的條件下才能近似于給定的平均強(qiáng)度，這一點(diǎn)在以往的文獻(xiàn)中有詳細(xì)的討論[20]。

表2 灰?guī)r抗壓強(qiáng)度及彈性模量的模擬結(jié)果

圖6 不同傾角節(jié)理灰?guī)r的彈性模量和抗壓強(qiáng)度

不同傾角節(jié)理試件的峰值強(qiáng)度及彈性模量差異較大，表明方解石脈的形狀、大小及空間分布對(duì)灰?guī)r的宏觀力學(xué)特性影響顯著。從圖6 中可知，不同傾角節(jié)理試件的峰值強(qiáng)度差異和彈性模量差異較為顯著，經(jīng)數(shù)據(jù)分析，含節(jié)理灰?guī)r的彈性模量及抗壓強(qiáng)度具有明顯的各向異性，隨著節(jié)理傾角的增大均呈U 型變化，這是由于灰?guī)r內(nèi)部礦物和基質(zhì)排列所引起的固有各向異性及方解石的弱膠結(jié)作用所致，這與汪杰等[21]和孫旭曙等[7]的研究結(jié)果具有一致性，同時(shí)也說明了數(shù)值模擬的結(jié)果是可靠的?；?guī)r的抗壓強(qiáng)度在α= 0°時(shí)達(dá)到了最大，為81.47 MPa；在α= 60°時(shí)達(dá)到了最小，為55.68 MPa，最小值與最大值之間相差25.79 MPa，這與劉紅巖等[5]的研究結(jié)論相一致，產(chǎn)生這一差異的原因是當(dāng)節(jié)理傾角為60°時(shí)，方解石脈傾角大于試件內(nèi)摩擦角，對(duì)試件進(jìn)行壓縮，此時(shí)方解石與灰?guī)r的接觸面上的剪切力大于其摩擦力與黏聚力之和，試件將沿方解石與灰?guī)r的接觸面發(fā)生滑動(dòng)破壞，抗壓強(qiáng)度非常低；當(dāng)方位角為90°或0°時(shí)，試件將不再沿方解石與灰?guī)r的接觸面發(fā)生滑動(dòng)破壞，抗壓強(qiáng)度得到較大提升。彈性模量在α=90°時(shí)達(dá)到最大值，為89.66 GPa；在α=60°時(shí)達(dá)到最小，為50.33 GPa。如圖6 和圖7，由于受灰?guī)r細(xì)觀結(jié)構(gòu)的影響，含節(jié)理灰?guī)r的抗壓強(qiáng)度及宏觀破裂模式體現(xiàn)了顯著的各向異性特征。如圖5 所示，不同傾角節(jié)理灰?guī)r內(nèi)部細(xì)觀結(jié)構(gòu)具有不同的幾何分布情況，導(dǎo)致了單軸壓縮條件下試樣內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，由于巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)的非均勻性，從而導(dǎo)致了巖石宏觀破裂的非線性特征，表現(xiàn)為不同節(jié)理傾角灰?guī)r的彈性模量和抗壓強(qiáng)度等參數(shù)差異顯著。

2.2 試樣裂紋擴(kuò)展和細(xì)觀尺度破裂演化分析

圖7 為不同傾角節(jié)理灰?guī)r破裂過程的彈性模量及聲發(fā)射演化圖。在聲發(fā)射圖中，白色表示單元在當(dāng)前加載步產(chǎn)生壓剪破壞，黑色表示在當(dāng)前加載步單元已經(jīng)發(fā)生完全破壞，黃色表示單元在當(dāng)前加載步產(chǎn)生拉伸破壞。

圖7 不同傾角節(jié)理灰?guī)r的裂紋擴(kuò)展特征及破裂過程演化圖

從圖7 可觀察到，當(dāng)α=0°時(shí)，裂縫與方解石脈大約呈45°夾角從試樣左側(cè)開始起裂，由于拉伸破壞的累積導(dǎo)致了裂縫起裂并穩(wěn)定擴(kuò)展，這是由于灰?guī)r抗壓不抗拉的特性所致，一般在單軸壓縮狀態(tài)下，拉應(yīng)力率先達(dá)到抗拉強(qiáng)度，試樣內(nèi)部產(chǎn)生大量的拉伸破壞導(dǎo)致了裂縫貫通從而形成斜Z 形破壞；當(dāng)α=15°時(shí)，裂縫沿著試樣左端開始萌生并垂直于方解石脈穩(wěn)定擴(kuò)展，隨著軸向應(yīng)力的增加，試樣內(nèi)部產(chǎn)生了大量的拉伸破壞并伴隨著少量的剪切破壞，導(dǎo)致裂縫逐漸擴(kuò)展并貫通，試件發(fā)生拉剪復(fù)合破壞，最終形成M 形破壞模式；當(dāng)α = 30°時(shí)，在試件左側(cè)裂縫沿著方解石脈與灰?guī)r的膠結(jié)處(弱面)開始起裂并在石脈中進(jìn)行擴(kuò)展，隨著軸向應(yīng)力的增大，裂縫改變擴(kuò)展方向而沿著最大主應(yīng)力方向穩(wěn)定增長，由聲發(fā)射演化圖可知裂縫擴(kuò)展是由于剪切應(yīng)力導(dǎo)致的，試樣內(nèi)部產(chǎn)生了大量的拉伸破壞而導(dǎo)致裂縫貫通，最終形成V 形破壞；當(dāng)α = 45°時(shí)，裂縫沿著方解石脈中部起裂并沿著方解石脈兩端進(jìn)行擴(kuò)展，隨著應(yīng)力的增加導(dǎo)致方解石脈貫通，在試樣內(nèi)部形成了宏觀剪切帶，導(dǎo)致試樣產(chǎn)生線形破壞；當(dāng)α = 60°時(shí)，在方解石脈的下端部裂縫開始萌生，并沿著方解石脈進(jìn)行擴(kuò)展，隨著應(yīng)力的增大，裂縫沿著最大主應(yīng)力方向穩(wěn)定增長，試樣內(nèi)部由于產(chǎn)生了大量的拉伸破壞導(dǎo)致了宏觀剪切帶的形成，最終形成N 形破壞模式；當(dāng)α = 75°時(shí)，在方解石脈上端部裂縫起裂并沿著方解石脈進(jìn)行擴(kuò)展，隨著應(yīng)力的增加導(dǎo)致方解石脈貫通，在試樣內(nèi)部形成了宏觀剪切帶，導(dǎo)致試樣最終破裂失穩(wěn)形成直線形破壞模式，盡管當(dāng)α=45°時(shí)也為直線型破壞，但值得注意的是，由于節(jié)理傾角的不同導(dǎo)致了巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力分布的不同，使得裂紋萌生的位置具有一定差異；當(dāng)α=90°時(shí)，裂縫的萌生開始于方解石脈的兩端，隨著應(yīng)力的增大，在方解石脈兩側(cè)萌生了兩條主裂縫，兩條主裂縫均與方解石脈大約呈30°夾角，隨著加載的進(jìn)行，試樣內(nèi)部產(chǎn)生大量拉伸破壞，導(dǎo)致方解石脈貫通而形成斜N 形破壞模式。

由圖7(b) 可知單元多以拉伸破壞(黃色) 為主，試件破壞形成的宏觀剪切帶大多是由拉伸破壞的單元連接貫通而成。這是因?yàn)槭軌嚎s作用的巖石里面，出現(xiàn)了應(yīng)力集中區(qū)，灰?guī)r中充填的方解石脈屬于弱結(jié)構(gòu)面，對(duì)其進(jìn)行力學(xué)加載時(shí)首先發(fā)生損傷破壞。隨著加載的進(jìn)行，應(yīng)力值會(huì)在某一局部位置率先達(dá)到巖石的強(qiáng)度而誘發(fā)損傷，正是這種應(yīng)力集中的影響導(dǎo)致了不同細(xì)觀結(jié)構(gòu)巖石損傷演化和破壞力學(xué)行為的差異。從聲發(fā)射的空間定位情況可看出，試樣內(nèi)部微破裂的累計(jì)發(fā)展趨勢(shì)與宏觀上的破壞模式具有較好的一致性。

2.3 損傷演化過程中的能量變化規(guī)律

巖體損傷演化過程實(shí)質(zhì)是耗散能用于形成損傷，導(dǎo)致強(qiáng)度喪失，巖體單元中儲(chǔ)存的彈性能釋放是引發(fā)巖體單元突然破壞的內(nèi)在原因。聲發(fā)射是指巖石在載荷作用下局部能量快速釋放而發(fā)出的彈性波，是研究巖石內(nèi)部損傷演化過程的有效工具。RFPA2D能夠模擬聲發(fā)射活動(dòng)[22]，RFPA2D 中由于試樣單元失效會(huì)將變形過程中儲(chǔ)存的彈性能釋放，假定每個(gè)單元的失效代表一個(gè)聲學(xué)事件的來源。因此，可通過記錄受損單元的數(shù)量和相關(guān)能量釋放量來對(duì)巖石破裂過程中的能量變化規(guī)律進(jìn)行分析。

圖8 顯示了不同方位角下聲發(fā)射能量與應(yīng)力水平的關(guān)系。由圖可知，當(dāng)應(yīng)力水平低于70%時(shí)，各組方位角下聲發(fā)射能量曲線的增幅較平緩，趨向于一致；當(dāng)應(yīng)力水平高于80% 時(shí)，α = 90°時(shí)試樣的聲發(fā)射能量曲線迅速激增并達(dá)到最大。α = 15°和α=60°時(shí)試樣次之，而α=75°時(shí)試樣的聲發(fā)射能量值為最小。因此，說明α=90°時(shí)試樣受載荷后破裂釋放的能量最大，最終破壞程度最為劇烈，內(nèi)部損傷最為嚴(yán)重。

圖8 聲發(fā)射能量與不同應(yīng)力水平的關(guān)系

綜上所述，由于灰?guī)r中充填方解石脈的影響，單軸壓縮作用下含節(jié)理灰?guī)r形成了直線形 (α =45°，α = 75°)；N 形(α = 60°)；斜Z 形(α = 0°)；斜N 形(α=90°)；M 形(α=15°)；V 形(α=30°)等6 種宏觀破裂模式。這是由于含節(jié)理灰?guī)r內(nèi)部礦物和基質(zhì)排列所引起的固有各向異性及方解石的弱膠結(jié)作用所致，導(dǎo)致裂縫在萌生、擴(kuò)展及貫通過程中發(fā)生了變化。

3 結(jié)論

(1)使用數(shù)字圖像對(duì)灰?guī)r的細(xì)觀非均勻性進(jìn)行表征，結(jié)合RFPA2D-DIP 建立考慮不同傾角節(jié)理灰?guī)r的真實(shí)細(xì)觀結(jié)構(gòu)數(shù)值模型對(duì)其細(xì)觀尺度破裂力學(xué)行為進(jìn)行研究是一種便捷且有效的方法。

(2)含節(jié)理灰?guī)r樣品的彈性模量及抗壓強(qiáng)度具有明顯的各向異性，隨著節(jié)理傾角的增大均呈U 型變化，單軸壓縮作用下方解石脈表現(xiàn)出明顯的弱面特性。

(3)含節(jié)理灰?guī)r在單軸壓縮條件下以拉伸破壞為主并伴隨少量剪切破壞，細(xì)觀拉伸破裂的聚集導(dǎo)致了宏觀剪切帶的形成。

(4)含節(jié)理灰?guī)r的最終破壞模式隨著方位角的不同表現(xiàn)出了很大的差異性。含節(jié)理灰?guī)r的最終破壞模式隨著方位角α的不同表現(xiàn)出6 種形式：直線形(α= 45°和α= 75°)；N 形(α= 60°)；斜Z 形(α=0°)；斜N 形(α=90°)；M 形(α=15°)；V 形(α=30°)。