【摘 要】
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天然岩体是由节理面纵横切割而成的多裂隙体,它的强度特征和破坏特征一定程度上受到这些节理面的控制,因此研究含节理岩体的剪切行为对认识工程岩体的失稳问题具有重要意义。本文借助三维扫描技术和三维打印技术等逆向工程技术,以自然节理为研究对象,围绕影响节理形貌特征和剪切行为的因素开展了研究,解释了节理各向异性特征的机理,提出了基于节理多形貌特征的评估其粗糙度的新指标,建立了考虑不同影响节理剪切行为因素的剪切
【基金项目】
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国家十三五重点研发计划（2016YFC0801605）； 国家自然科学基金（51779251、51674061）； 湖北省杰出青年基金（2017CFA060）； 深部采动岩层变形监测预警与控制,十三五国家重点研发计划（2016YFC0600707）；
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天然岩体是由节理面纵横切割而成的多裂隙体,它的强度特征和破坏特征一定程度上受到这些节理面的控制,因此研究含节理岩体的剪切行为对认识工程岩体的失稳问题具有重要意义。本文借助三维扫描技术和三维打印技术等逆向工程技术,以自然节理为研究对象,围绕影响节理形貌特征和剪切行为的因素开展了研究,解释了节理各向异性特征的机理,提出了基于节理多形貌特征的评估其粗糙度的新指标,建立了考虑不同影响节理剪切行为因素的剪切强度模型。具体研究工作如下:（1）通过对自然节理面间隔效应和各向异性特征的定量分析表明,节理粗糙度统计参数在采样间隔为0.1～0.5mm时具有较好的稳定性（偏差不大于3%）。考虑到计算点云数据的负担,分析自然节理面的形貌特征时其采样间隔可取为0.5mm。（2）基于3D扫描技术和3D打印技术等逆向工程技术,提出了一种含原岩节理面的模型试样制作方法。该方法可以减少剪切试验的离散程度,并且可以永久保存原岩节理的数字模型,能够实现对同一个自然节理面的长期持续研究。（3）节理上、下盘的壁面强度影响着自然节理的剪切行为（剪胀和剪切强度）,进而提出了一种考虑壁面强度组合的剪切强度模型,该新模型是JRC-JCS剪切强度模型的完善。（4）利用自然节理的点云数字模型提出了一种量化剪切破坏体积的方法,并从节理微凸体的磨损角度调查分析了剪切行为各向异性特征的机理和各向异性特征随法向应力增加而被削弱的原因。（5）基于影响节理的剪切行为的多个特征因素提出了一种新的粗糙度评估指标SRC。该指标能够更好地度量节理的JRC值,并可以将JRC-JCS剪切强度模型的应用领域由2D节理面推广到3D节理面,提高该模型的估算精度,使其能够反映剪切强度的各向异性特征。
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