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结构面对岩体失稳破裂过程起着主导和控制作用,声发射技术在评判岩石内部损伤状况,识别破坏阶段及辨别破坏前兆信息上有较大优势,对岩石结构面进行室内剪切试验和声发射试验可为岩石稳定性现场监测提供更全面的理论依据。本文采用室内试验和数值模拟相结合的研究方法,探讨不同含水状态下完整砂岩和砂岩结构面剪切力学行为及其声发射特性,主要研究内容和成果有:
①直剪试验结果表明,结构面的存在会削弱岩石剪切强度,一阶起伏角和法向作用力越大,峰值剪切强度和残余强度越高,峰值剪切强度随含水量增加而降低;含水量少的试样应力跌落幅度更大,脆性破坏特征更明显;沿一阶起伏体爬坡是结构面出现剪胀扩容现象的内因。
②基于完整砂岩和砂岩结构面的典型破坏模式,研究了循环次数对峰值剪切强度和变形特征的影响。研究表明,峰值剪切强度随循环次数变化是“接触效应”和“损伤效应”演化的结果;循环过程中的变形特征反映出了试样的体积变化和损伤累积过程;含水量越高出现强度劣化和体积压缩现象对应的循环次数越少。
③通过分析剪切过程中声发射参数随时间的变化规律,探讨了声发射信号与砂岩结构面剪切破坏之间的关系。试验表明,撞击计数可以反映出试样在剪切过程中的声发射活动性,而振铃计数和能量则对破坏更敏感;累计计数曲线可以表征砂岩结构面在剪切过程中的损伤累积过程;随含水量的增加,声发射信号整体水平出现降低,声发射参数峰值更低,累计计数更少。
④峰前循环剪切过程中的声发射特性规律表明,载荷历史是影响岩石声发射活动的重要因素。无论是完整砂岩还是砂岩结构面都存在明显的Kaiser效应,随着循环次数的增加,Felicity效应开始出现,含水量高的试样出现Felicity效应对应的循环次数更少,Felicity比可用于评价岩体内部损伤状况;当循环过程中出现Felicity效应时,循环后直剪过程中的峰值撞击率将出现增加,但峰值振铃计数率和能率有所下降,而Kaiser效应明显时则与之相反。
⑤RFPA2D可以很好地还原含结构面岩质边坡受载时的变形破坏过程,模拟结果与室内试验吻合程度较高;声发射事件与撞击计数具有一定相似性,且能量仍对破坏更为敏感;均质度对声发射特性有明显影响,均质度越大,声发射事件数和能量峰值更大,脆性破坏特征越明显。
①直剪试验结果表明,结构面的存在会削弱岩石剪切强度,一阶起伏角和法向作用力越大,峰值剪切强度和残余强度越高,峰值剪切强度随含水量增加而降低;含水量少的试样应力跌落幅度更大,脆性破坏特征更明显;沿一阶起伏体爬坡是结构面出现剪胀扩容现象的内因。
②基于完整砂岩和砂岩结构面的典型破坏模式,研究了循环次数对峰值剪切强度和变形特征的影响。研究表明,峰值剪切强度随循环次数变化是“接触效应”和“损伤效应”演化的结果;循环过程中的变形特征反映出了试样的体积变化和损伤累积过程;含水量越高出现强度劣化和体积压缩现象对应的循环次数越少。
③通过分析剪切过程中声发射参数随时间的变化规律,探讨了声发射信号与砂岩结构面剪切破坏之间的关系。试验表明,撞击计数可以反映出试样在剪切过程中的声发射活动性,而振铃计数和能量则对破坏更敏感;累计计数曲线可以表征砂岩结构面在剪切过程中的损伤累积过程;随含水量的增加,声发射信号整体水平出现降低,声发射参数峰值更低,累计计数更少。
④峰前循环剪切过程中的声发射特性规律表明,载荷历史是影响岩石声发射活动的重要因素。无论是完整砂岩还是砂岩结构面都存在明显的Kaiser效应,随着循环次数的增加,Felicity效应开始出现,含水量高的试样出现Felicity效应对应的循环次数更少,Felicity比可用于评价岩体内部损伤状况;当循环过程中出现Felicity效应时,循环后直剪过程中的峰值撞击率将出现增加,但峰值振铃计数率和能率有所下降,而Kaiser效应明显时则与之相反。
⑤RFPA2D可以很好地还原含结构面岩质边坡受载时的变形破坏过程,模拟结果与室内试验吻合程度较高;声发射事件与撞击计数具有一定相似性,且能量仍对破坏更为敏感;均质度对声发射特性有明显影响,均质度越大,声发射事件数和能量峰值更大,脆性破坏特征越明显。