冻结粉细砂与钢板接触面剪切统计损伤模型构建

冻土与结构接触面的损伤分析是解决冻土与结构相互作用问题的关键。以自研大型多功能冻土直剪仪为试验平台,开展不同冻结温度、法向应力、粗糙度条件下人工冻结粉细砂与钢板接触面大型直剪试验,分析不同工况条件下接触面剪应力−剪切位移关系及其变化规律。从岩土材料内部所含缺陷分布的随机性出发,将连续损伤理论和统计强度理论有机结合,构建冻结粉细砂与钢板接触面剪切统计损伤模型,确定模型参数通解。该模型能较好模拟冻土与结构接触面剪切变形中线弹性、应变硬化、应变软化及残余强度等典型特征,能有效考虑冻结温度、法向应力和粗糙度对接触面剪切强度的影响,可为冻土与结构接触面冻结强度预估和数值模拟研究提供基础模型。

中等蚀变结构面剪切变形破坏特性及统计损伤模型

岩体蚀变往往导致其物理力学性能的显著劣化,蚀变沿结构面的伴生分布是蚀变岩地层常见的地质现象,对地下工程围岩稳定性将产生重要影响。针对河北丰宁抽水蓄能电站地下厂房洞室群围岩普遍存在的蚀变结构面,选取蚀变程度、充填厚度及岩壁粗糙度基本一致的天然蚀变结构面,通过开展结构面剪切特性试验、声发射(AE)监测等研究工作,分析天然中等蚀变结构面剪切变形和强度特征、破坏模式、AE能量演化规律等,构建基于天然结构面声发射能量规律的剪切统计损伤模型,并分析模型参数对结构面剪切变形和强度的影响规律。结果表明:(1)剪切应力对法向和切向变形均有影响,在剪切后期试样即将破坏前会有剪胀效应;结构面破坏模式主要表现为沿着蚀变充填物破坏,伴随块状颗粒裂解、破碎,最终沿结构面剪切滑移破坏;(2)剪切全过程均伴随AE能量释放,AE信号在应力变化时突增并在应力平衡后趋于平静,在试样剪切破坏前突然活跃,可将整个试验过程分为压密阶段、裂解阶段、破碎阶段及滑移阶段;(3)基于天然结构面剪切过程AE能量定义了损伤变量,假设结构面微元强度服从Weibull分布,推导天然结构面的剪切统计损伤模型,由试验结果验证了所建立模型的合理性和适应性。