当同时在岩石表面作用两个或两个以上的载荷时，总的破碎效果取决于轴载作用下所形成的变形交叉带的性质（屠厚泽等，1990）。因此，为了更好地了解多载荷对岩石的破碎作用，有必要进一步研究岩石表面同时受双压头作用时的应力分布情况和破碎机理。本专著在前一部分所用单压头模型的基础上构造了一个双压头模型。同样，考虑到压入过程的轴对称性，计算时仅考虑双压头作用下的中间部分，如图4-41所示。模型的底部固定（相当于无限边界），左右边界（对称边界）均为滚子型边界条件。计算时各个参数均与单压头模型一致且不考虑摩擦作用。压入过程共计施加了101步增量位移，也即总的压入深度为0.202mm。

图4-42是整个压入过程中左压头与岩石接触的边缘点处的应力-应变曲线。当各个方向应力分量达到峰值后都出现了迅速的下降趋势，表明岩石在出现软化损伤后在很短的时间内就发生破碎或失效了。与单压头压入时的本构曲线（图4-36）对比表明，在双压头作用下，峰值应力的出现不仅滞后于单压头压入的情况，而且轴载方向的峰值应力以及剪应力的峰值都高于单压头模型中对应的极限值。此外，在岩石破碎失效时压头的压入深度也大于单压头压入的总深度，说明为实现相同的岩石破碎，双压头模型需要消耗更多的破碎功。经分析认为，这可能是由于模型所设计的双压头分布间距过大，使得两个压头的压入作用未能在中间部分产生交叉变形带。为了高效破碎岩石，需要在模型设计的基础上减小两压头的作用间距。

图4-41　双压头作用下的半无限体（单位：mm）

图4-42　压入过程中左压头边缘点处的应力-应变曲线

图4-43是在几个典型阶段双压头作用下岩石半无限体内部的最大剪应力分布演化图。从图4-43中可看出，双压头作用下最大剪应力的极限值仍然集中在每个压头与岩石接触的边缘处。此外，在岩石内的两个应力局部化带之间形成了一个零应力区域，说明在整个岩石破碎失效时双压头的压入作用很可能并未造成其间的岩石破碎。

图4-43　各阶段最大剪应力轮廓图

对应压入深度为（a）0.1mm；（b）0.15mm；（c）0.17mm；（d）0.202mm(www.daowen.com)

图4-44给出了岩石在断裂失效阶段的水平方向和垂直方向的变形以及损伤分布情况。图4-44（b）中的负值表示压缩产生的变形量。水平和垂直的位移轮廓显示了在岩石的中下部并未受到压头的任何影响，轴载作用仅造成了岩石上半部分的变形失效。从图4-44（c）也同样可以看出，损伤仅局限在压头的边缘附近，还未向岩石的深部扩展，岩石已经完全失效了。这可能是由于本专著在模拟中所使用的损伤演化参数ku与k0的差值很小，也即假定花岗岩为理想脆性材料。

图4-44　岩石破碎失效时的分布情况图

（a）水平位移；（b）垂直位移；（c）损伤分布

图4-45是岩石在失效阶段的各个方向的应力分量轮廓图。从图4-45中可以看出失效时，岩石剪应力的最大值还不到900MPa，而轴载方向的压应力最大值超过了6 500MPa，剪应力的极限值约为轴向压应力的13%。

图4-45　岩石破碎失效时的应力轮廓图

（a）水平轴向应力；（b）垂直轴向应力；（c）剪应力