台阶型岩体结构面的剪切特性研究

发布时间：2020-10-15 22:54

　　结构面的剪切力学性质对岩体结构的稳定性具有重要影响。目前,大部分学者从起伏角、剪切速率以及尺寸效应等方面对锯齿型岩体结构面的剪切特性开展了大量研究,并取得了一定的研究成果。而台阶型岩体结构面作为自然界四大典型结构面之一,国内外学者对其剪切特性的研究较少,且研究内容比较单一,大多集中在单台阶结构面的高长比方面。本文基于自主研制的多功能岩土体接触破损测试系统以及吻合岩体结构面一体化制作模具,制作了一百多组不同高长比的岩体结构面试样进行室内直剪试验,并利用PFC数值模拟软件进行数值直剪试验,分析了剪切速率、法向应力以及结构面尺寸对结构面破坏模式和抗剪强度的影响规律。主要工作和结论如下:1.自主研发了可用于测试速率效应、应力效应以及尺寸效应的多功能岩土体接触破损测试系统,并选用典型岩体结构面试样进行了直剪试验,其测试结果与现有结论基本一致。2.基于一体化浇筑、试样性能均一稳定以及快速制样三大设计原则,研制了吻合岩体结构面一体化制作模具,具有结构简单、拆装方便、造价低廉及结构面易于振实等优点,并利用其制作了高长比分别为0、0.1、0.2、0.4和0.6的台阶型岩体结构面试样,开展了相应的室内直剪试验。3.台阶型岩体结构面破坏模式主要有压切破坏和剪断破坏两类,在直剪过程中受到台阶高长比、剪切速率以及法向应力的影响。当台阶高长比相对较小,且剪切速率与法向应力较低时,结构面破坏模式表现为压切破坏,其余情况下破坏模式大多为剪断破坏。4.对于平直结构面和破坏模式为剪断破坏的台阶型岩体结构面而言,其抗剪强度均随剪切速率的增加逐渐降低,且变化速率逐渐减小。5.平直结构面抗剪强度随法向应力的增大呈线性增长,应力效应不显著;台阶型岩体结构面抗剪强度随法向应力的增大呈非线性增长,且增长速率逐渐降低,具有明显的应力效应特征;对于尺寸较大的台阶型岩体结构面而言,其抗剪强度也具有明显的应力效应特征。6.通过对高长比0.2的不同尺寸台阶型岩体结构面进行直剪试验可得,台阶型岩体结构面抗剪强度随着结构面尺寸的增大逐渐降低,具有明显的尺寸效应特征。7.利用颗粒流模拟软件建立台阶型岩体结构面数值模型,并对其进行了不同法向应力下的直剪试验,发现结构面抗剪强度随法向应力的增大呈非线性增长,且增长速率逐渐降低,与室内试验结论基本一致。
【学位单位】：浙江科技学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU45
【部分图文】：

岩体结构面

图 1.1 岩体结构面图程实践表明，结构面的破坏是岩体结构破坏的主要成因，由结然灾害在我国有很多的实例，例如：2008 年 10 月 24 日，云州发生滑坡泥石流灾害，共造成 36 人死亡、31 人失踪、20 人失 97188 万元；2012 年 10 月 4 日，云南省彝良县龙海乡发生9 人死亡，其中 18 人为学生，油房小学教学楼全部被掩埋；20广西桂林叠彩山发生山体滑坡，导致 7 人死亡，25 人受伤；20北省兴山县发生山体崩塌，造成了 4 死 5 伤；2016 年 9 月 28 山体滑坡，造成了 7 人遇难，20 人失踪。崩塌等自然灾害的发生与岩体结构面是否破坏密切相关。因此室内直剪试验等手段对岩体结构面的剪切特性进行了大量研究抗剪强度。

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