基于3D打印技术复制砂浆节理的剪切试验及峰值抗剪强度模型

为进一步研究节理三维形貌特征与节理峰值抗剪强度的关系,首先采用巴西劈裂试验获取了自然劈裂岩石表面,通过三维扫描技术获取了节理面形态的高精度点云,通过逆向建模得到了自然岩石表面的立体模型,结合3D打印技术制作出了与自然岩石表面一致的PLA模具,以3D打印获得的底模通过水泥砂浆浇筑了含有自然结构面形貌的相似节理面试样。PLA模具与复制材料差异较大,复制材料在凝结过程中不易与PLA模具黏结,进而使脱模过程较为方便,不会破坏节理面。同时PLA模具可重复进行相似材料复制工作,具有可重复使用的优点。然后进行了具有5组形貌面的20个水泥砂浆节理面在4种不同法向荷载情况下的结构面剪切试验,得到了结构面剪切位移-荷载曲线。研究了结构面峰值抗剪强度、峰值位移、剪切刚度影响因素。节理经过剪切后形貌面出现不同程度的磨损,其磨损范围与等效高差分布范围基本一致,并且在等效高差为剪断破坏模式且成片的区域磨损较为严重。在新粗糙度指标基础上提出了新的峰值抗剪强度模型,经试验对比显示出新模型的有效性。在新模型基础上提出了一个简化模型。对比发现新模型简化后其计算精度较新模型有所降低但由于所需参数减小计算较为方便,新模型简化结果精度虽然有所下降但是还是比Barton公式精度高。

夹层非均匀分布的块系岩体摆型波传播规律

岩体是具有离散性、非均匀性特征的复杂地质体,在这种离散性、非均匀性岩体中会出现摆型波现象,极易引发深部岩体工程灾害。针对岩体的离散性、非均匀性特征,基于岩体等级块系构造理论,研究夹层物理性质非均匀分布对块系岩体摆型波传播规律的影响,分析同一区域夹层黏弹性特性变化对不同区域块体动力响应的影响,以及不同区域夹层黏弹性特性变化对同一块体动力响应的影响。研究发现:当局部软弱夹层弹性系数减小时,与该部分相连接的块体的动力响应受影响较大,出现加速度峰值增大的现象;局部软弱夹层黏弹性特性变化时,对该部位前后位置的块体动力响应的影响是不同的;夹层弹性或黏性发生变化的位置对摆型波传播具有重要影响,黏弹性变化位置越靠前,对块系岩体动力响应的影响越强烈。根据以上分析结果提出对深部岩体工程有指导作用的建议,也为进一步研究离散、非均匀的复杂深部岩体动力现象提供参考。