裂隙位置和开度对岩体破坏模式影响的试验研究

来源 :华北水利水电大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:majing1619
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随着我国经济的持续发展和人民生活水平的不断提升,岩土工程建设在规模与数量上呈现不断增长的趋势。非贯通裂隙岩体是工程中经常遭遇的一类复杂的工程介质,裂隙的存在对岩体的破坏和力学特性起着决定性的作用。岩体的力学性质受裂隙度的影响,针对岩体工程中计算二向裂隙度时,通常只统计岩体某一截面中裂隙通过的面积,而忽略裂隙位置和开度的不同对岩体力学性质的影响。本文采用水泥、石英砂、石膏、重晶石粉等材料获得一种模拟脆性红砂岩力学性质的类岩石材料配比,通过钢制模具浇筑三种裂隙位置(靠近剪刃、试样中间和远离剪刃)和四种裂隙开度(1mm、2mm、3mm和4mm)的类岩体试样,采用直剪试验仪测试岩体试样非贯通裂隙面的抗剪强度,同步采用高清摄像技术实时监测试验过程中岩体裂隙面的破坏情况,研究不同裂隙位置和开度对岩体试样抗剪强度和破坏模式的影响规律。经过试验研究,主要得到以下结论:(1)当开度一定时,裂隙位于试样中间的岩体的抗剪强度约为类岩石试样的65%~75%,明显小于裂隙靠近剪刃处的岩体(约为类岩石试样的73%~82%)和裂隙远离剪刃处(约为类岩石试样的73%~80%)的岩体;法向应力(从5MPa到9MPa)每增大1MPa,开度为1mm和2mm试样的抗剪强度增量约为8%~13%,开度为3mm和4mm试样的抗剪强度增量约为5%~10%;当裂隙位置一定时,开度为1mm和2mm的岩体的抗剪强度整体大于3mm和4mm开度的岩体;当法向应力为5MPa和6MPa时,裂隙靠近剪刃处开度为2mm的岩体的抗剪强度最大,比同位置开度为3mm和4mm的岩体髙约4%~12%;当法向应力为8MPa和9MPa时,裂隙位于试样两端开度为1mm和2mm的岩体的抗剪强度最大,比同位置开度为3mm和4mm的岩体高约3%~8%。(2)当裂隙开度为4mm时,岩体的黏聚力c随裂隙位置的不同呈现“V”字型分布,裂隙位于靠近剪刃处的岩体的c值约为9.29MPa,裂隙位于远离剪刃处的岩体的c值约为8.88MPa,中间位置裂隙岩体的c值比两侧的低约40%~50%;当裂隙开度为2mm时,裂隙位于试样两侧的岩体的c值基本相等,约为6.5MPa,裂隙位于中间的岩体的c值稍小,约为6.2MPa。当二向裂隙度相同时,岩体的黏聚力c受裂隙开度和位置影响较大,尤其当开度为3mm和4mm时,裂隙位于试样中间的岩体的c值明显小于位于两侧的。(3)当裂隙开度为4mm时,岩体的内摩擦角φ随裂隙位置的不同呈现倒“V”字型分布,裂隙位于靠近剪刃处的岩体的φ值约为41.66°,裂隙位于远离剪刃处的岩体的φ值约为44.42°,中间位置裂隙岩体的φ值比两侧的高约10%~20%;当裂隙开度为2mm时,岩体的内摩擦角φ随裂隙位置的不同呈现“V”字型分布,裂隙位于靠近剪刃处的岩体的φ值约为53.26°,裂隙位于远离剪刃处的岩体的φ值约为54.46°,中间位置裂隙岩体的φ值比两侧的低约5%~10%。当二向裂隙度相同时,岩体的内摩擦角φ受裂隙开度和位置影响较大,当开度为4mm时,裂隙位于试样中间的岩体的φ值明显大于两侧;当开度为3mm时,裂隙位于靠近剪刃处的岩体的φ值最大;当开度为1mm和2mm时,裂隙位于试样中间的岩体的φ值明显小于两侧的。(4)对于裂隙位于靠近剪刃的类岩体试样,试样受剪时在弹性阶段不产生裂纹,进入塑性阶段后开始产生裂纹,最初裂纹产生于裂隙内部和岩桥接触部位,随后试样和挡板接触部位开始产生裂纹,随着剪切力的进一步增大,两个部位的裂纹逐渐增多,最终形成贯通的剪切面;对于裂隙位于中间的类岩体试样,试样受剪时在弹性阶段不产生裂纹,进入塑性阶段后开始产生裂纹,最初裂纹产生于靠近剪刃一侧岩桥,之后是远离剪刃一侧岩桥产生裂纹,随着剪切力的增大,最后两个部位的裂纹逐渐扩展贯通形成剪切滑动面;对于裂隙位于远离剪刃的类岩体试样,试样受剪时在弹性阶段不产生裂纹,进入塑性阶段后开始产生裂纹,最初裂纹产生于岩桥靠近剪刃一侧,随后在岩桥远离剪刃端也开始产生裂纹,随着剪切力的增大,最后两个部位的裂纹逐渐扩展贯通形成剪切滑动面。(5)随着法向应力的增大,裂隙岩体的破坏模式整体由拉剪复合破坏向剪切破坏转变;当法向应力和开度一定,裂隙位于试样中间时,岩体倾向于发生剪切破坏,当裂隙位于试样两侧时,岩体倾向于发生拉剪复合破坏;当法向应力和位置一定时,1mm和2mm裂隙开度岩体倾向于发生剪切破坏,3mm和4mm裂隙开度岩体倾向于发生拉剪复合破坏。
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