基于颗粒流的天然多形貌充填节理剪切特性研究

节理剪切特性是影响岩体稳定性的重要因素,因此根据天然原岩节理起伏形貌曲线,采用颗粒流数值计算方法开展了天然多形貌无充填及充填厚度为15 mm和75 mm的节理剪切特性试验,分析节理起伏形貌和充填厚度对剪切特性及抗剪强度的影响.研究结果表明:(1)随着充填厚度的增大,起伏形貌对节理峰前硬化、峰后软化的峰值特征影响降低,峰后软化程度下降.(2)同起伏形貌的节理随着充填厚度的增大,试样由节理剪切破坏向软弱夹层剪切破坏过渡.充填度小于2时,主要是节理剪切破坏和节理-夹层耦合破坏;充填度大于2时,主要发生软弱夹层剪切破坏.(3)充填度小于2时,结构面峰值抗剪强度随充填度增大呈减小规律;当充填度大于2时,结构面峰值抗剪强度无明显变化.

基于形貌全覆盖的岩石结构面抗剪强度尺寸效应试验研究

岩石结构面抗剪强度具有尺寸效应已成为学术与工程界共识,但现有理论和数值研究表明岩石结构面抗剪强度可能具有正尺寸效应、负尺寸效应或无尺寸效应的变化规律,由于结构面抗剪强度尺寸效应试验的难度大、费用高、周期长,造成系列尺寸结构面直剪试验较少,特别是对于起伏形貌全覆盖的系列尺寸(100~600 mm)结构面直剪试验研究还未见报道。基于Barton典型形貌曲线,采用多尺寸结构面一体化模具制作16组系列多尺寸结构面试样,通过自主研发的岩体结构面抗剪强度尺寸效应试验系统开展起伏形貌全覆盖的系列多尺寸结构面直剪试验,并采用三维全场应变测量系统(DIC)开展试验全过程非接触动态变形测量。研究结果表明:(1)形貌全覆盖系列尺寸结构面峰值抗剪强度上渐近线呈现负尺寸效应规律,下渐近线呈现正尺寸效应规律,尺寸效应呈现的具体规律与取样位置及起伏形貌特征相关。(2)不同尺寸试样同一形貌特征结构面会产生剪断、爬坡、耦合等不同剪切破坏模式;相同尺寸试样不同形貌特征结构面的剪切破坏模式也有差异,且表面形貌起伏程度越大其应变增长越快。(3)尺寸越大,具有较大起伏形貌特征的结构面剪应力与剪位移曲线峰值特征越明显;尺寸越小,具有较大起伏形貌特征的结构面峰值抗剪强度离散性越大。(4)基于等权重系数法开展了大尺寸结构面峰值抗剪强度评价,Grasselli公式计算峰值抗剪强度加权评价值与实测值相比误差较大。