节理抗剪强度综合评价的试验研究

选取不同吻合度自然节理试样,进行干燥状态和饱和状态的JRC-JCS模型和JRC-JMS模型试验研究。结果表明,在节理粗糙度系数的定向统计测量和尺寸效应分析,以及剪切过程衰减折减的基础上,运用JRC-JCS模型综合评价节理抗剪强度可靠性较好,考虑吻合度系数的JRC-JMC模型比JRC-JCS模型具更好的预测能力。

甘肃北山地质处置库围岩节理抗剪强度经验估算

节理抗剪强度参数是地质处置库预选地段工程地质对比和围岩稳定性分析的重要指标。本文在旧井地段英云闪长岩节理分组的基础上,运用定向统计测量方法估测节理粗糙度系数,通过评价节理粗糙度系数的尺寸效应,确定节理抗剪强度经验估算有效长度,由JRC-JCS模型求得各组节理4个方向的抗剪强度参数,并评价了地质处置库围岩节理抗剪强度的各向异性特征。

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。

岩石节理粗糙系数的分形描述

岩石节理粗糙度系数JRC的正确确定对岩体结构面抗剪强度的计算有很大影响。自然岩石节理表面轮廓线可以看作为分形曲线。在某种意义上,应用分形维数来描述岩石节理的粗糙度可以克服粗糙度系数在应用上的某些不足。

考虑真实接触微凸体的岩石节理三维粗糙度指标

节理在压剪作用下,仅仅是一小部分较陡微凸体发生接触而相互作用。以往在描述粗糙度时是考虑整个形貌面微凸体的分布特点,这使得所得粗糙度指标弱化了较陡微凸体作用而强化了较平缓微凸体对剪切强度的作用(实际上大多平缓微凸体在剪切过程中未接触)。为考虑实际接触节理的粗糙度,基于Grasselli视倾角分布函数研究了不同视倾角的面积比含量,分析了较陡接触微凸体对节理抗剪强度的作用。对于完全耦合的并且没有填充物的节理,当承受法向荷载时,节理少部分接触微凸体会发生弹性变形,在最初接触的微凸体部分会发生屈服。随着法向应力继续增加,会有更多的微凸体相互接触并发生屈服,这一过程会连续发生直至相互接触的微凸体面积足够大能够承受给定法向荷载的作用。因此,所有接触微凸体中的最小倾角为在一定荷载作用下刚好屈服的微凸体的倾角。对于岩石节理在法向应力下的剪切问题,实际接触面积可以近似认为是作用在节理面上法向荷载除以岩石的单轴抗压强度。考虑实际接触部分节理微凸体分布特征,获取了实际接触节理微凸体平均有效视倾角,得到了合理的三维粗糙度指标。采用巴西劈裂试验方法获取岩石节理面,扫描并获取了节理形貌坐标数据,用以研究节理表面粗糙度。节理峰值剪胀角反映了在某一法向应力下节理的剪切性质,并且可以准确的反映节理峰值抗剪强度。对比分析了实际接触节理粗糙度与节理峰值剪胀角趋势变化,结果表明节理粗糙度新指标可以与节理峰值抗剪强度很好地联系起来。