软-硬互层岩体节理峰前循环剪切疲劳损伤机理研究

三峡库区频发微小地震下岩体节理循环剪切疲劳损伤对边坡动力稳定性具有重要影响。通过室内峰前循环剪切试验和PFC2D细观数值计算,研究了考虑一阶起伏角、含水率、剪切速率、剪切幅度、法向应力及循环剪切次数影响的软-硬互层岩体节理宏细观疲劳损伤机理。研究表明:①岩体节理剪切应力-剪切位移曲线历经初始非线性压剪变形、近似线弹性压剪变形、循环剪切疲劳损伤变形、应力缓升压剪变形、应力陡升压剪变形及应力脆性跌落压剪变形六个演化阶段。②岩体节理峰值(残余)剪切强度和疲劳剪切(法向)位移在相同一阶起伏角、含水率、剪切速率、剪切幅度或法向应力下随循环剪切次增多而分别降低和增大;且其在相同循环剪切次数下随一阶起伏角或法向应力变大而分别增大和降低,而随含水率、剪切速率或剪切幅度变大则分别降低和增大。③宏细观结果总体上吻合较好,且岩体节理细观剪切疲劳损伤裂纹数量随剪切位移变化呈前期微增-陡增、中期缓增及后期陡增-缓增-陡增的发展特征,而其随循环剪切次数变化则呈前期陡增和后期缓增的发展特征。④岩体节理宏细观剪切疲劳损伤典型演化过程可概述为压密-起裂破坏、循环错动-贯通破坏及分离-啃断破坏3个渐进性发展阶段,且宏细观剪切疲劳损伤裂纹近似呈“倒U形”密集分布于岩体节理附近。

循环剪切荷载作用下岩石节理宏细观力学特性研究

借助颗粒流程序(PFC)建立了含有起伏节理的岩样模型,开展了4种法向应力下的循环剪切数值试验。根据试验结果,从宏观方面讨论了剪切应力-位移曲线在4个阶段的峰值应力变化特征。基于PFC软件内嵌的fish语言,编制了裂纹扩展过程监测模块,从细观角度描述了节理试样在循环剪切过程中裂纹扩展规律和破坏模式。经分析发现,裂纹主要集中在节理凸起处,节理起伏度和法向应力对试样的破坏模式有着重要影响。通过追踪微裂纹的数量对试样破坏规律进行量化分析,结果与裂纹示意图中得到的规律保持一致。循环剪切过程中,裂纹扩展相对于剪切应力增长来说,有滞后效应且对其有抑制作用,很好地揭示了节理试样在抵抗剪切荷载时的力学机制。

软弱层峰前循环剪切宏细观累积损伤机制研究

通过峰前循环剪切试验和PFC2D细观数值模拟,研究了考虑多种因素影响的软弱层宏细观累积损伤机制。研究表明:(1)软弱层循环剪切变形及强度演化曲线共经历初始压剪非线性变形(弹性区)、应力爬升累积损伤非线性变形(弹塑性区)及应力恒定塑性变形(塑性区)3个发展阶段;(2)软弱层峰值(残余)强度和累积剪切(法向)变形在相同含水率、法向压力、剪切速率、剪切幅度或相对厚度下随循环剪切次数增加分别降低和增大,而其在相同循环剪切次数下随各因素影响值增大分别依次降低、增大、降低、降低、增大和增大、降低、增大、增大、降低;(3)软弱层细观累积损伤裂纹数量及能量演化曲线分别呈初期微―陡增、前期缓增、中期陡增、后期微增和前期陡增、中期缓增、后期微增的阶段性发展特征,且细观累积损伤裂纹呈近似"S型带状"分布于剪切面附近两侧;(4)软弱层宏细观累积损伤破坏模式可概括为压剪―起裂破坏(剪胀效应)、磨损―错动―啃断破坏(剪胀―疏松―剪缩效应)及贯通―滑移破坏(剪缩效应)3种基本类型。

基于数字图像相关法(DIC)的剪力墙破坏过程分析

传统使用的应变片、位移计测量方法存在布置复杂、只能记录特定测点数据且无法分析试件全场演变过程的劣势,研究设计了一个RC剪力墙的低周反复试验,采用数字图像相关法(DIC)测试了剪力墙破坏全过程损伤发展、裂缝开展等行为,并利用DIC方法计算得到全场位移和应变数据,在此基础上分析得到了水平位移场及应变场、竖向位移场及应变场与最大主应变场在破坏过程中的演化规律。通过与人工记录的破坏过程、由传统位移计所得到的骨架曲线分别进行比对,验证了该方法的有效性。考虑到目前DIC方法主要用于近距离和二维尺度分析,提出了在远距离与三维尺度上的试验方法研究、优化的未来发展方向。