基岩-混凝土胶结面剪切强度JRC-JCS模型研究

通过室内直剪试验,系统地研究了粗糙度、正应力对混凝土与基岩胶结面抗剪强度的影响,从而提出微风化花岗岩 混凝土胶结面剪切强度的JRC JCS模型,并给出了该模型的粗糙度适用范围.该模型考虑了粗糙度和正应力对胶结面剪切强度的影响,解释了剪切试验结果.此外,讨论了胶结面剪切强度的尺寸效应,给出粗糙度系数JRC与胶结面尺寸的关系式,为工程设计提供参考依据.

节理面JRC-JCS非线性准则的数值计算方法

为了采用JRC-JCS模型描述岩体节理非线性强度特征,首先,研究JRC-JCS强度非线性模型参数和Mohr-Coulomb强度线性模型参数之间的关系;然后,探讨JRC-JCS模型的数值实现方法,并通过节理室内剪切试验结果对数值模拟结果进行验证;最后,分析非线性模型参数对节理剪切强度的影响。研究结果表明:黏结力c和内摩擦角随节理粗糙系数JRC的增大而呈非线性增大;黏结力c随岩体压缩强度JCS的增大呈线性增大,而内摩擦角随JCS的增大而呈非线性增大。JRC的变化对于剪切强度的影响要比JCS的影响突出;验证了JRC-JCS模型数值计算方法的正确性。

基于JRC-JCS模型的边坡局部稳定性分析

为了建立JRC-JCS模型下的点安全系数计算方法,并对岩体边坡各部位稳定性进行评判,首先推导基于JRC-JCS模型的非线性点安全系数计算公式。然后,研究JRC-JCS模型参数对于点安全系数的影响,并通过算例分析,编制相应的点安全系数程序,应用于边坡各部位岩土体的稳定性分析中。研究结果表明:编制的计算程序的结果与FLAC3D的计算结果一致,从而验证了程序的正确性,并且该程序结果能够反映边坡岩体各部位的稳定情况。

JRC-JCS模型与直剪试验对比研究

结构面抗剪强度是影响工程岩体稳定的重要因素,它决定工程岩体破坏的可能性。基于结构面粗糙度系数定向统计测量技术的JRC-JCS模型可以考虑地质和环境因素的影响,具有费用低、速度快、简便易行等特点,是获取工程岩体无填充或少填充硬岩结构面抗剪强度参数的实用方法,已为50多个岩体工程提供了结构面抗剪强度参数。为分析JRC-JCS模型评价结构面抗剪强度参数的可靠性,选取天然岩石结构面试样,进行干燥状态和饱和状态结构面抗剪强度直剪试验和JRC-JCS模型评价的对比研究。结果表明,在结构面粗糙度系数的定向统计测量、尺寸效应分析,以及剪切过程衰减折减的基础上,运用结构面粗糙度系数定向统计测量技术的JRC-JCS模型评价的结构面抗剪强度参数与直剪试验结果具有较好的一致性,JRC-JCS模型对结构面峰值摩擦角有较好的预测能力。

JRC-JCS模型抗剪强度估算的平均斜率法

结构面对工程岩体的稳定性有着决定性的影响,结构面的抗剪强度参数是分析岩体稳定的关键的参数。本文回顾了结构面抗剪强度估算的JRC-JCS模型及其估算方法,提出了可快速估算结构面抗剪强度参数的平均斜率法,并通过对比分析阐明平均斜率法的优越性。

JRC-JCS模型在抗剪强度参数取值中的应用

工程岩体的失稳几乎都是沿着结构面发生的。而岩体结构面的抗剪性质并不完全满足莫尔-库仑准则,因此在岩质边坡的稳定性分析中采用莫尔-库仑准则有可能会带来较大误差。本文简要的回顾了岩体结构面抗剪强度估算方法发展的历程,提出了基于JRC-JCS模型计算等效抗剪强度参数的概念和方法,并通过简单计算实例阐明了这一方法在处理实际工程问题中的特点。

JRC-JCS模型在某边坡抗剪强度取值中的应用

简要回顾了岩体结构面抗剪强度估算方法发展的历程和JRC-JCS模型的原理,并以某边坡岩体中的硬性结构面为研究对象,利用JRC-JCS模型和结构面剪切试验两种方法相互验证,确定结构面抗剪强度指标值。

基于JRC-JCS模型的人工劈裂砂岩结构面力学特性研究

为探究人工劈裂结构面与天然结构面力学特性的相似性,解决现场取样困难、难以保证均一性等问题,文章采用人工劈裂方式制备砂岩结构面,并进行三维扫描和室内直剪试验等,根据结构面相关理论、Barton标准剖面线等理论知识,描述了人工劈裂砂岩结构面的相关形态并确定了结构面粗糙度系数,最后基于JRC-JCS模型进行力学参数的估算,并与直剪试验结果对比,分析人工劈裂砂岩结构面的力学特性。结果表明:在粗糙度系数相同时,结构面的抗剪强度与所受的法向应力成正相关;在法向应力相同时,结构面抗剪强度与粗糙度系数成正相关;砂岩结构面的黏聚力和内摩擦角与粗糙度系数呈正相关,其相关系数与粗糙度系数呈负相关,结构面粗糙度系数越小,相关系数越接近于1。研究成果为结构面室内研究工作奠定了基础。

携剪实验和JRC-JCS模型在结构面抗剪强度取值中的应用

以某工程边坡中的岩体结构面为研究对象,为得到较合理的抗剪强度参数,分别使用携剪试验和JRC-JCS模型得到两种参数,然后在对比分析各实验结果的基础上综合取值。结果表明,携剪试验受取样制约,所得抗剪强度值大于实际,而JRC-JCS模型利用现场回弹仪试验和结构面实际粗糙值,所得强度值更接近实际。

Comparison between Empirical Estimation by JRC-JCS Model and Direct Shear Test for Joint Shear Strength

In order to study the reliability of the empirical estimation of joint shear strength by the JRC（joint roughness coefficient）-JCS（joint compressive strength） model,natural rock joints of dif-ferent lithologic characteristics and different sizes were selected as samples,and their shear strengths under dry and saturated conditions were measured by direct shear test and compared to those esti-mated by the JRC-JCS model.Comparison results show that for natural rock joints with joint surfaces closely matched,the average relative error of joint shear strength between empirical estimation and direct shear test is 9.9%;the reliability of the empirical estimation of joint shear strength by the JRC-JCS model is good under both dry and saturated conditions if the JRC is determined accounting for directional statistical measurements,scale effect and surface smoothing during shearing.However,for natural rock joints with joint surfaces mismatched,the average relative error of joint shear strength between empirical estimation and direct shear test is 39.9%;the reliability of empirical estimation of joint shear strength by the JRC-JCS model is questionable under both dry and saturated conditions.

基于巴顿强度准则的某露天矿边坡岩体结构面抗剪强度研究

岩体结构面形成因素复杂,结构面的特征对岩体的力学性能有着重要影响。对岩体结构面作出定性、定量分析和评价,无论是对岩体基本力学特性的研究,还是岩体稳定性分析都具有十分重要的意义。通过对某石灰石露天矿边坡岩体开展基于回弹测试,利用JRC-JCS模型的巴顿强度公式获取的不连续结构面抗剪强度参数,利用查理兹建立的回弹值与结构面内摩擦角关系与通过室内直剪强度参数及经验法确定的不连续结构面强度参数进行对比研究,为露天矿山边坡稳定性研究提供依据。

岩石结构面注浆加固抗剪特性试验研究

为了研究破裂岩体结构面的注浆加固效果,并揭示其加固实质和作用机制,对单轴压缩试验形成的破裂岩样结构面粗糙度进行了测量与研究;通过破裂岩样结构面注浆加固的剪切试验,分析了注浆对结构面强度和刚度等力学特性参数的影响;通过锯齿形模型化结构面注浆前后剪切试验,分析了锯齿形结构面的力学特性及注浆加固对模型化结构面的影响。研究结果表明,同种岩样压裂后结构面粗糙度系数JRC相近,其数值约为8～10,具有可复制性;注浆后结构面残余强度、剪切峰值强度及上升段斜率均有明显提高;注浆后岩体中结构面的刚度也得到了明显改善;通过理论分析,给出了结构面刚度的理论拟合公式;结构面的剪切峰值强度及残余强度随着锯齿形齿数的增多明显提高,注浆加固后,结构面剪切峰值强度、黏聚力都有不同程度的增大,而内摩擦角变化不大。

基于PFC^(2D)数值试验的异性结构面剪切强度特性研究

天然岩体中广泛发育两侧岩性不同的异性结构面,开展异性结构面变形和强度特性研究旨在为岩体稳定性评价和利用提供依据。选取三峡库区侏罗系典型的砂岩-泥岩异性岩层,首先运用分形几何理论,定量计算了平直和4种不同不规则起伏形态结构面的粗糙度系数JRC值,然后基于PFC^(2D)颗粒流程序,分别开展了以上5种形态异性结构面的数值剪切试验,获得了各形态结构面在不同正应力下的剪切应力-位移曲线。根据数值试验结果,采用巴顿的JRC-JCS模型分析了异性结构面强度特性,并与同性结构面强度性质进行对比研究。最后,在考虑异性结构面剪切破坏机制的基础上,引入强度因子的概念,提出了新的适用于异性结构面强度评价的两类改进巴顿准则。研究结果表明:异性岩体结构面抗剪强度介于相同粗糙度的两种同性结构面强度之间,在较低正应力下接近软岩同性结构面强度,符合Ⅰ型改进巴顿准则;在较高正应力下偏向硬岩同性结构面强度,符合Ⅱ型改进巴顿准则。实际工程中可利用改进准则并根据异性结构面应力状态对岩体稳定性进行评价,弥补了以往研究的不足。

顺层岩质边坡结构面抗剪强度特性试验研究

针对云南省普-宣(普立至宣威)高速公路某顺层岩质边坡现场工程地质特性,按形成将结构面划分为4种类型。通过自制的加载装置,对自然状态下的一类结构面进行压剪试验,利用最小二乘法线性拟合得到结构面抗剪强度指标值,同时与基于JRC-JCS等效摩尔-库仑抗剪强度法分析结果的对比,数据结果基本吻合,验证了该装置的可行性。根据边坡结构面不同类型分别考虑填充厚度、填充物含水率等因素进行了多次剪切试验研究获取抗剪强度参数,结果表明,结构面强度参数在饱和状态下比自然状态偏小,随填充厚度增加c逐渐增大,?减少。试验结果对正确评价结构面特性及在后阶段对顺层岩质边坡稳定性计算提供参考数据,研究成果为现场结构面强度参数取值提供了简便试验方法。

弱化节理剪切力学特征的颗粒流模拟研究

在黏结颗粒模型中引入强度弱化因子生成弱化介质材料,进行弱化模型试件的单轴抗压强度试验。结果表明,弱化作用在降低试件单轴抗压强度的同时,还将导致试件弹性模量逐步下降。这一结果符合相关室内试验的研究成果。为进一步对岩石强度弱化模拟方法进行效果检验,利用颗粒流程序内置的FISH语言建立弱化岩石节理直剪试验模型,进行不同法向应力条件下弱化岩石节理的直剪试验。结果表明:弱化节理模型试件表现出类似于真实节理的一系列宏观剪切力学特征;不同壁面弱化程度条件下,节理模型试件的抗剪强度及剪切峰值膨胀角的试验结果与法向应力的依存关系均符合经典的JRC-JCS模型。由此表明,所采用的岩石强度弱化模拟方法可以较好地再现岩石介质的强度弱化效应。通过模型试件内微裂纹发展演化特征的研究表明,壁面弱化作用可导致试件内裂纹发育数目的快速增长、微裂纹分布范围的迅速扩大,以及剪切裂纹发育比例的迅速提高,由此从细观角度揭示了弱化节理面更易于产生宏观剪切破坏的原因。研究成果可以为弱化岩石节理的抗剪强度及大型岩质边坡的稳定性研究提供参考。

自然与饱水条件下异性结构面的剪切特性研究

利用室内剪切试验装置,开展不同正应力、自然与饱水条件下岩体异性结构面的剪切试验,分析异性结构面的剪切变形和强度特性,利用JRC-JCS抗剪强度力学模型将试验结果与计算结果进行对比分析。结果表明,(1)异性结构面的剪切变形曲线属于弹塑性残余变形类型。相比自然状态试件,饱水试件的弹性区减小,较早进入峰值区或塑性区;(2)异性结构面的剪切刚度均随法向力的增大而增大,但同一正应力下饱水试件的剪切刚度要小于自然状态的剪切刚度,在低法向力下尤为显著;(3)水对岩体异性结构面剪切强度参数有不同程度的弱化,尤其对内摩擦角的劣化明显;(4)只要计算参数选取得当,并考虑实际岩体的受力及水等情况,JRC-JCS计算模型可以为实际工程岩体的结构面强度提供较为准确的参数。

边坡J_(RC)-J_(CS)极限平衡安全系数的计算

为了采用极限平衡法计算节理粗糙度系数JRC与节理压缩强度为JCS的岩质边坡安全系数,建立JRC-JCS准则下简化Bishop极限平衡计算公式,并分析JRC-JCS参数对于边坡安全系数的影响。研究结果表明:随着JRC的增大,黏结力c和内摩擦角-呈非线性增大,并且黏结力受影响的敏感度增大,而内摩擦角受影响的敏感度降低;黏结力c和内摩擦角-均随JCS的增大呈非线性增大;随着JRC和JCS的增大,边坡的安全系数F逐渐增大,JRC越大,节理面越粗糙,岩体的稳定性越高;JCS越大,岩石颗粒排列得越紧密,岩体的压缩强度越大,岩体的稳定性越高,边坡整体安全系数也越大;F与JRC和JCS的关系呈现非线性特征,可通过指数方程进行拟合。

边坡整体稳定性J_(RC)-J_(CS)安全系数等效数值解法

为了将边坡安全系数强度折减计算方法与JRC-JCS非线性模型相结合,首先,建立节理粗糙度系数JRC节理压缩强度JCS与等效黏结力c和内摩擦角的关系;然后,由Mohr-Coulomb强度折减法间接得到JRC JCS模型下边坡的安全系数,并进行参数影响分析。研究结果表明:JRC-JCS模型边坡安全系数间接计算方法方便可行,具有实用价值;随着JRC和JCS的增大,边坡的安全系数F逐渐增大;F与JRC和JCS的关系均呈非线性特征,可通过指数方程进行拟合,并呈高度相关;JCS越大,F和JRC关系的非线性特征越明显;JRC越大,F受JCS的影响也越大;当JCS较小时,F受JCS影响的灵敏度较高。

裂隙岩体注浆后结构面粗糙度及刚度变化分析

节理面是控制岩体特性的一个重要因素,为改善岩体物理力学特性,工程中经常采用注浆加固的手段。研究了节理面JRC-JCS模型,并在此基础上对注浆前后的岩体节理面进行了相应的对比试验研究。研究表明:注浆后节理面JRC比自然节理面有较大的提高,同时增长趋势随法向应力的改变而改变,裂隙岩体注浆后裂隙面的刚度及抗剪强度参数得到相应的改善,其中刚度参数的改善更为明显。上述研究成果从试验及理论分析的角度进一步证明了裂隙岩体注浆加固后强度提高的机理。

加肋土工膜表面形态与界面剪切强度相关性研究

为了研究加肋土工膜表面形态对加肋土工膜与土工布界面剪切强度的影响,基于分形几何理论,采用立方体覆盖法得到不同加肋形式土工膜的表面分维数D。在原有直剪试验结果的基础上,对不同加肋土工膜分形维数D与界面剪切强度进行分析,经研究表明加肋土工膜与土工布界面抗剪强度随着分形维数D的增加而加强,因此可以运用分形维数来评测加肋土工膜与土工布的界面剪切强度。通过添加吻合度系数JMC以及经验系数η对JRC-JCS模型进行修正,代入加肋土工膜与土工布直剪试验结果中反算得加肋土工膜表面粗糙度系数JRC与分形维数D的定量关系,在此基础上得到加肋土工膜与土工布界面抗剪强度的经验估算关系式。最后,采用加肋土工膜与土工布界面剪切强度的经验估算关系式估算界面剪切强度,并将经验公式估算值和直剪试验实测值进行对比,结果表明:计算结果和试验结果吻合良好,所推导的计算公式计算精度和可靠性能满足工程估算的要求。