水动力-溶蚀作用下灰岩结构面剪切力学特性

中国西南地区溶蚀岩体分布广泛。岩溶作用下,结构面强度持续劣化是影响岩体稳定性的重要因素之一。为探究溶蚀作用下结构面的演化特征,揭示岩溶作用对灰岩结构面剪切力学特性的影响,以武隆鸡尾山溶蚀岩质坡体为例,采用室内结构面渗流溶蚀试验和结构面直接剪切试验,并结合三维形貌光学扫描技术,阐明了水动力-溶蚀作用灰岩结构面的表观演化模式和剪切力学特性演化规律,揭示了水动力-溶蚀作用下结构面劣化机理。结果表明:灰岩结构面在化学溶蚀和物理冲蚀双重作用下,先后经历“点式选择性溶蚀—细槽线式稳定渗流溶蚀—优势管道流强烈溶蚀—壁面缓慢溶蚀”4个阶段;溶蚀过程中,灰岩结构面表面粗糙度指数和溶蚀率指标随时长增大而增大,并呈收敛趋势;直剪过程中,溶蚀结构面表现出初期锁固、后期剪摩阻滑的两阶段特征,且时间越长、应力水平越高,剪切硬化特征越显著;随溶蚀时间增长,结构面主要抗滑结构由刚性稳定微凸体发展为细微溶槽并最终演变为深大岩溶管道,其极限抗剪强度呈现出“先减小,后增大”的趋势;基于Barton公式建立了灰岩溶蚀结构面抗剪强度预测模型。