规则锯齿节理面剪切特性研究

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节理面的存在影响着岩石工程的安全性与稳定性。在外载作用下,节理面往往发生剪切破坏,因此研究节理面的剪切特性至关重要,是岩石力学与工程的研究热点之一。本文采用试验与理论分析相结合的研究方法,研究了规则锯齿节理面剪切特性。开展了不同应力与几何条件下的节理面直剪试验,分析了不含有“空腔”节理面、含有“空腔”节理面、含有不同“空腔”分布形式节理面的峰值强度、残余强度以及变形等力学特性。试验结果表明:节理面的剪切应力-位移曲线可划分为4个阶段:峰前线弹性阶段、峰前非线性阶段、峰后软化阶段、峰后残余阶段。节理面峰前线弹性阶段和峰前非线性阶段的剪切刚度以及破坏时的峰值剪切强度不仅与锯齿的起伏角和节理面所受的竖向应力有关,还与“空腔”分布(锁固段个数)有关。“空腔”分布对节理面的内摩擦角影响较小,但是显著影响着其粘聚力的发挥;残余强度只与节理面所承受的竖向应力有关,与其初始形貌特征无关,符合摩擦作用规律。为了探究剪切条件下节理面的破坏模式与剪切强度,对规则锯齿节理面直剪过程中的应力变化状态进行了研究。分析了单个锯齿的受力特点和应力状态,结合拉应力和切应力破坏准则,确定了不同应力与几何条件下锯齿破坏时的破坏面位置、破坏模式以及相应的水平位移,并得到了不同破坏模式对应的剪切强度预测公式。通过参数敏感性分析,分别得到了不同参数(竖向应力σ、锯齿的起伏角i、摩擦系数μ、迎坡面水平宽度l)对锯齿的破坏模式以及剪切强度的影响规律。通过对比分析,本文的理论预测结果与试验结果较为相符,为分析节理面的破坏模式、确定剪切强度提供一定的理论支撑。
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