层理性页岩强度准则解析
横向各向同性岩石的破坏准则是岩土工程和岩石力学中的一个关键组成部分，因为大多数沉积岩和变质岩在破坏强度上都表现出一定程度的各向异性。这种各向异性源于层理或片理等地质构造。与各向同性岩石在所有方向上强度性质均一不同，横向各向同性岩石在相对于各向同性平面不同方向上具有不同的力学性质。理解并准确模拟这种各向异性行为对于设计稳定结构和评估滑坡、落石等地质灾害至关重要。
为了解释横向各向同性岩石独特的力学行为，已提出了几种破坏准则，这些准则通常是扩展经典的各向同性准则，如莫尔-库仑准则（Mohr-Coulomb）和霍克-布朗准则（Hoek-Brown），以纳入各向异性效应。这些准则通常考虑两种不同的破坏模式：一种是沿不连续面发生的滑动模式，另一种是由岩石材料本身控制且与不连续面无关的非滑动模式。
其中一种基本方法是定义具有多个材料参数的破坏准则，这些参数捕捉了强度的方向依赖性。例如，横向各向同性岩石的广义破坏模式模型利用机器学习分类来预测破坏模式，同时考虑了层理方向和围压，有时甚至考虑了微观尺度的参数。
例如，双机制拉伸破坏准则区分了通过各向异性岩石基质和沿软弱层理面的拉伸断裂。该准则通过构建基质破坏的增强正应力分量来扩充各向同性拉伸破坏准则，而沿层理面的破坏则在达到相应的正应力分量时发生。这些方法对于模拟这些材料中的拉伸断裂过程至关重要。
为了更好地拟合横向各向同性岩石的实验观测结果，对现有准则进行了进一步的修改。Saeidi等（2014）提出了一种专门针对横向各向同性岩石的修正破坏准则，考虑了片麻岩、板岩、大理石、片岩、页岩、砂岩和石灰岩等各种变质岩和沉积岩的力学性质。这种修正过程产生了一个可用作各向异性行为强度参数的指标。
抛物线破坏准则也已适用于横向各向同性材料。Cazacu和Cristescu（1999）提出了一个不变的横向各向同性固体三维破坏准则，在各向同性条件下可简化为Mises-Schleicher准则。该各向异性Mises-Schleicher准则已被证明能够准确描述压缩和拉伸应力下的破坏特性，并预测多轴拉伸应力会降低破坏强度。Theocaris（1990）也讨论了抛物面破坏准则的性质和实验验证，通过将破坏轨迹表示为椭圆抛物面来考虑强度差效应。Wang等（2019）提出了一个简化抛物线模型，作为完整岩石正常抛物线准则的修正版本，成功预测了不同围压和层理角下的强度。
数值方法在研究横向各向同性岩石的破坏机制中发挥着重要作用。已开发了有限元分析方法来研究各向异性对地质结构局部化模式和承载力的影响，其中在Cosserat连续介质框架内为横向各向同性地质材料开发了扩展的Drucker-Prager屈服准则。例如，真实破坏过程分析（RFPA）代码采用弹性损伤模型，以最大拉伸应变和莫尔-库仑准则作为损伤阈值，模拟横向各向同性岩体圆形隧道中的破坏机制。颗粒流建模方法也用于研究单轴压缩载荷下横向各向同性岩石的微裂纹和宏观力学行为，重点关注界面性质的影响。
莫尔-库仑破坏准则作为岩石力学中的基石，经常被扩展以解决各向异性材料的问题。该准则指出，材料的剪切强度是作用于破坏面法向应力的线性函数，表示为τ = c + σn tanφ，其中τ为剪切应力，c为内聚力，σn为法向应力，φ为内摩擦角。对于横向各向同性岩石，该准则需要纳入这些参数的方向依赖性。
Mohr-Coulomb Criterion
不同岩石类型的莫尔圆也展示了岩石破坏的另一种表现形式。
Graphical Representation of Ro...
砂岩和页岩等复合材料的破坏包络线也凸显了各向异性对其性能的影响。
Failure Envelopes
实验研究证实了横向各向异性岩石破坏机制的各向异性。对模拟横向各向异性岩石进行的单轴压缩试验，通过旋转扫描仪捕捉“展开”图像，揭示了不同应力水平下破坏过程和模式的细节。在单轴压缩下横向各向异性类岩材料的强度和破坏行为的实验研究也证实了组分之间的力学差异和超声波速度的各向异性行为。此外，巴西劈裂试验通常用于各向同性岩石，已扩展到横向各向异性岩石，以确定拉伸强度，并识别各种载荷接触类型和各向异性角度下的破坏条件。
还开发了一种评估横向各向异性岩体中破坏面强度和方向的新程序，这对于岩土工程结构中使用的极限平衡分析和上限分析等方法至关重要。
总而言之，横向各向异性岩石的破坏准则非常复杂，需要考虑多个参数，并且通常涉及经典理论的扩展或新的专业模型的开发。实验技术和数值建模的不断进步使得对各向异性破坏行为的理解和预测更加全面，这对于岩石环境中的安全高效工程实践至关重要。
