MultiFracS被应用于石窟地下洞室湿度变化诱发断裂特征及破坏研究发表于EFA

【最新论文】Wang T, Yan C*. Fracture characteristics and failure analysis of underground caverns in Longyou Grottoes induced by humidity change. Engineering Failure Analysis, 2024(160):108214.

龙游石窟地下洞室的稳定性受到湿度变化的影响很大，因为它们主要由泥质粉砂岩组成，对水分高度敏感。在这项工作中，基于MultiFracS软件的湿度扩散-断裂耦合模型被用来研究湿度变化引起的龙游石窟4号和5号地下洞室的断裂特征和破坏机制。首先，用干燥和饱和粉砂岩样品的单轴压缩试验校准输入参数。然后，获得圆盘岩石试样在干燥和湿润条件下的裂纹模式，并将其与实验结果进行比较，以验证耦合模型和校准参数。随后，基于实际地质条件建立了龙游石窟4号和5号洞室的数值模型。模拟了水分蒸发和吸收条件下围岩的破坏过程，并分析了湿度变化引起的应力演变。结果表明，在蒸发条件下，洞室主要经历拉伸破坏，拉伸裂缝垂直于洞室边界分布。然而，在水分吸收过程中，围岩发生剪切破坏，裂缝逐渐向深部岩石传播并扩散。此外，还讨论了影响洞室破坏的几个因素，并量化了裂缝数量。最后发现，应用防水层会显著降低洞室的湿度损伤区。本研究的结果对于预测和改善龙游石窟地下洞室在复杂气候条件下的长期稳定性具有实际意义。

图1.蒸发过程中泥质粉砂岩干缩开裂

图2.吸水过程中泥质粉砂岩干缩开裂

图3 数值模型

图4. 水分蒸发时的模拟结果

图5. 水分蒸发收缩引起的破裂特征

图6. 吸水时的模拟结果

图7. 吸水膨胀时的模拟结果