剪切载荷作用下岩体结构面动态接触特征数值模拟

准确认识岩体结构面的动态接触特征是评价和预测结构面剪切行为的基础。首先,通过FISH语言修正了FLAC^(3D)软件自带的INTERFACE本构模型,使其能够准确表达粗糙结构面在剪切过程中的力学行为;然后,采用数值模拟和室内试验相结合的方法对剪切过程中结构面接触和受力的分布及其演化规律进行了研究,分析了法向应力和结构面粗糙度系数(JRC)对接触特征的影响规律;最后,研究了结构面表面形貌-接触特征-剪切应力3者间的关系,揭示了结构面剪切应力演化机理。结果表明:FLAC^(3D)自带INTERFACE模型无法很好地模拟结构面峰后剪切行为,是由于结构面凸起未啃断导致黏聚力和法向应力偏大,通过对INTERFACE破坏单元的黏聚力和法向刚度进行修正可很好地模拟结构面的损伤破坏行为。随着剪切位移增大,结构面的接触面积逐渐减小,但最大渗透深度却不断增加;随着法向应力的增大,结构面的接触面积和渗透深度都增大;随着JRC的增大,结构面的接触面积减小,最大渗透深度增大。剪切过程中结构面接触面积逐渐减小,结构面剪切应力集中现象越来越显著,当INTERFACE单元达到最大剪切应力后,最大剪应力分布范围增大;随着法向应力增大,结构面剪切应力分布范围和高剪切应力的分布范围都增大;随着JRC增大,结构面接触面积减小,但高剪切应力的分布范围显著增大。临界视倾角是判断结构面接触面积的重要参数,其随着结构面剪切位移的增大而增大,但增加速度逐渐变缓,呈幂函数关系;临界视倾角随着法向应力的增大而减小,随着JRC的增大而增大。结构面的剪切应力与接触面积有较强的相关性,不同剪切位移阶段的结构面接触面积比下降速率不同,弹性阶段下降最快,位移-软化阶段次之,残余阶段下降最慢。