基于竖向位移差的块系岩体超低摩擦效应理论分析

深部块系岩体在强冲击扰动下其相对压紧程度会随时间变化,引起超低摩擦效应,而块体间竖向位移差是表征块体间相对压紧程度的直观指标。以块系岩体为研究对象,建立了考虑上覆岩层压力的岩体动力模型,推导得出垂直冲击作用下新的块体间竖向位移差公式并与试验结果进行了对比,验证了理论公式的正确性。最后分析了块体间阻尼、块体质量、垂直冲击幅值和频率等影响因素对相邻两块体间竖向位移差影响规律并以其最小值变化判断超低摩擦效应发生难易程度。竖向位移差最小值越小,超低摩擦效应愈趋显著。研究表明:块体模型受垂直冲击扰动作用时,块体在时间尺度上依次发生强迫振动和自由振动,而其运动过程按竖向位移差变化可分为超强挤压、强挤压、弱挤压和相互脱离4个阶段,相互脱离阶段和弱挤压阶段是超低摩擦效应易发阶段;块体质量、结构面阻尼变化对竖向位移差幅值及周期有明显影响,块体间竖向位移差最小值随块体质量增加以对数规律递增、随块体间结构面阻尼增加以线性规律递增;块体质量和结构面阻尼越小,超低摩擦效应更易发生。垂直冲击频率和幅值亦对块体间竖向位移差影响显著,竖向位移差最小值随垂直冲击载荷幅值增加而线性递减,随垂直冲击频率增加以对数规律递增,即低频、强冲击扰动更易诱发超低摩擦型冲击地压。