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结构面是广泛分布于天然岩体中的不连续面,对岩体的力学性质和变形特性起主控作用。软弱夹层的存在对岩石结构面的剪切强度往往有较大的弱化作用并影响岩石的稳定性,本文根据Barton的20条经典剖面曲线,选取其中JRC值为3、7、15和19的曲线,采用水泥、细砂和水按26:25:10质量配比制成水泥砂浆在特制的模具里浇铸含上述4种粗糙度的结构面的类岩石试件,并分别充填砂粒、不同含水率的粘土等充填物,在0.5、1和1.5 MPa法向力作用下,在RYL-600岩石剪切流变仪上对类岩石材料充填结构面进行直剪试验,研究不同情况下充填结构面的剪切特性并分析各因素对剪切特性的影响,并采用PFC2D程序从细观角度研究了充填物对粗糙结构面剪切特性的影响。研究结果表明:(1)剪切应力-剪切位移试验曲线大致可以分为无有峰型和有有峰型,JRC值较小以及低法向应力下JRC值较大的充填结构面,主要以无有峰型为主;无充填结构和高法向应力下JRC值较大的充填结构面,主要以有有峰型为主;(2)通常情况下JRC值越大峰值剪应力也越大,由于法向应力的存在,增大了岩石结构面间的摩擦力和爬坡阻力,从而增大了结构面的剪应力。充填物对峰值剪应力有明显的弱化作用,不同含水率土的弱化作用较砂粒而言更大,充填含水土结构面中可塑态土对结构面峰值剪应力的弱化作用最为明显;(3)引入弱化系数λ后得到修正JRC-JCS模型,通过该模型计算得出的最大剪应力值的结果与试验值呈较好的线性关系;(4)通常情况下,JRC值越大,剪切过程中的法向位移也大,法向应力的存在对结构面的剪胀有一定的抑制作用,且法向应力越大这种抑制作用越明显。由于充填体的存在,结构面间的剪胀或剪缩主要取决于充填物的压缩量与凸台剪胀量之间关系,充填物压缩量大于凸台剪胀量时整体表现为剪缩,压缩量小于凸台剪胀量时整体表现为剪胀;(5)结构面剪胀模式大致可分为纯剪胀、纯剪缩和剪缩-剪胀三种模式,含充填体的结构面发生剪缩的现象明显要多于无充填的结构面,而对于粗糙度较大的结构面,剪缩-剪胀模式中占比较多;结构面的峰值强度点的剪切位移在最大剪胀点剪切位移的0.72倍处左右;(6)结构面间的微裂纹的发生主要集中在峰值剪切应力附近,以剪切裂纹为主,由于充填物的存在,减少了结构面微裂纹的产生,从而减少结构面的破坏。