法向动载条件下粗糙岩质节理面剪切力学特性试验研究

为探究地震荷载作用下岩石节理的承载特性,开展不同法向动载应力边界条件下岩质节理面剪切试验,分析法向动载幅值和频率对节理面强度参数、变形参数以及破坏特征的影响规律。结果表明:(1)随着动载幅值由增大,峰值剪切强度呈线性趋势降低48.27%~55.59%,而动载频率对峰值剪切强度影响较小;进入稳定残余阶段,剪切应力幅宽随幅值的增大呈线性趋势增大1.24~2.83倍;动载频率由0.2 Hz增大至0.5 Hz,剪切应力幅宽迅速减小36.28%~40.61%,在频率大于0.5 Hz后缓慢降低。(2)峰前剪切刚度呈现法向应力依赖性,随动载幅值和频率的增大剪切刚度和剪胀性均明显降低。(3)法向应力于剪切应力波峰存在明显相位偏移,相位偏移随着动载幅值和频率的增大而降低,且在频率达到2.0 Hz后无明显相位偏移。(4)当频率低于0.5 Hz时,节理面磨损面积占比迅速增加了36.10%~69.37%,而当频率大于0.5 Hz时,其磨损面积占比近似呈线性增加了5.17%~10.18%。

岩石节理双向动态循环剪切试验系统研制与应用

为深入探究复杂工程环境下岩石剪切力学行为和破坏机制,自主设计研制一套岩石双向动态循环剪切试验系统。该试验系统主要由主机加载系统、伺服油源系统、伺服控制系统、剪切工装系统和变形测量系统五部分组成。该试验系统的主要创新性如下:(1)可在法向和剪切方向以0.001~10Hz频率进行动态加载,同时实现切向位移、切向荷载、法向位移和法向荷载的混合加卸载控制,并通过双向剪切的方法确保试样法向中心恒定;(2)试验过程可采用载荷、油缸位移、变形传感器进行多速率多目标组合控制,以实现切向和法向方向上的动静态加载;(3)可实现恒定应力、恒定位移、恒定刚度、动载加载和自定义荷载形式等多个可控边界条件;(4)可对长×宽×高为200 mm×100 mm×100 mm或400 mm×200 mm×200 mm的大尺寸试样进行试验探究;(5)可同时探究剪切、锚固等多种工况组合下的耦合机制。通过该试验系统开展不同应力边界条件下的岩石剪切试验,验证该试验系统的可靠性与准确性。试验结果表明:所研制的岩石双向动态循环剪切试验系统能够满足岩石剪切力学行为的科研需求,系统操作方便,试验过程高效稳定,加载精度与试验数据精度高。该试验系统可为深部煤炭资源开采、巷(隧)道开挖建设、放射性核废料处置、震区边坡稳定性分析和地下能源封存等重大工程领域的研究提供重要平台。