约剪下结构面剪力卸载时法向压力的变化特性

本文通过剪切实验,分析讨论了锯齿状结构面剪切破坏后,在其残余剪切力卸载过程中法向压应力的变化规律,并根据结构面受剪前初始法向压应力的不同而将剪应力—残余法向应力曲线(即τ—Δσ_n曲线)分为Ⅰ型、Ⅱ型两类,从而进一步揭示了结构面在约束剪胀条件下的剪切力学特性。     

拉剪型危岩发育过程的模型试验

拉张破坏和剪切破坏是拉剪型危岩发育的主要力学机理,基于平面应变假定,文通过室内模型试验对拉剪型危岩发育过程进行了试验研究,得到了该类危岩在荷载作用下的损伤断裂破坏是从陡崖脚部逐渐向陡崖顶部发育,危岩失稳破坏具有突发性,主控结构面在受荷初期表现为拉张破坏,当主控结构面端部扩展至距离危岩体底部一定距离后主控结构面的破坏型式表现为剪切破坏等结论,为深入进行危岩发育机理研究提供了重要的试验依据。     

结构面剪切特性的试验与数值模拟分析

结构面的性质对岩体工程稳定性具有重要意义,通过室内试验和数值模拟,分析了结构面在直剪条件下的应力和变形特征,得到:①直剪试验过程中.剪力一剪切位移之间的关系逐渐从线性关系转化为非线性关系;当剪应力将要达到峰值剪切强度时,切向位移突然增大,岩体已开始沿结构面剪坏;②试样剪切强度与正应力之间符合Mohr-Coulomb线性关系;数值计算得到的应力应变关系与室内试验得到的结果相同,说明了数值试验的可靠性;③结构面剪应力的分布从结构面施加切向位移速率的一端向另一端逐渐增大:④随着法向应力的增大,最大剪应力分布区域基本上没有变化,说明法向力的大小对结构面剪应力的分布影响较小:并且根据Mohr-Coulomb理论.正应力在结构面上的分布情况类似于剪切力的分布情况.     

不同压剪应力比作用下节理类岩石材料破坏模式的试验研究

通过对含充填节理类岩石材料试件进行变角度压剪试验,探究不同压剪应力比作用下节理倾角对岩体破坏模式的影响。定义削弱度,分析节理倾角对岩体抗剪强度的影响。研究结果表明:不同压剪应力比影响试件的初始破坏模式,最终破坏由过大剪切位移所致,并且节理倾角决定试件破坏后的形态;压剪应力比越大,同角度节理试件的抗剪强度越大;在相同压剪应力比下,与无节理试件抗剪强度相比,节理会削弱试件的抗剪强度,倾角不同,削弱度不同。     

名山组泥岩顺层边坡原位直剪试验及开挖模拟

为研究川西名山组泥岩顺层边坡在坡脚开挖后的卸荷特征,通过原位直剪试验获取了名山组泥岩的岩体破坏及强度特征,并进一步采用有限元模拟分析了坡脚开挖后顺层边坡的卸荷松动特征。结果表明:名山组泥岩的剪切破坏可分为弹性受荷阶段、裂缝发展阶段和剪切面贯通后阶段;岩体结构面强度显著低于岩石,且强度曲线特征受上覆荷载影响较大;岩石的应变软化特征较结构面更为显著,剪切面贯通后强度急剧衰减,且降幅远高于结构面;坡脚开挖卸荷后,顺层边坡的卸荷松动区主要分布于基覆界面、风化界面和临空面附近的岩层层面处,卸荷深度与切层厚度线性正相关;设计采用的边坡防护方案能有效控制位移及应力,桩前土体开挖时需注意信息化施工。     

平行节理相互作用对节理岩体的力学行为影响

以类岩材料制作平行节理试样并开展压剪实验,采用声发射系统监测试样加载过程,研究节理相互作用对岩体力学行为的影响。研究结果表明:1)节理试样在压剪加载下可分4种破坏模式:共面剪切破坏;沿节理面剪切破坏;沿剪切应力面剪切破坏;类完整型剪切破坏。倾角对试样破坏模式起决定性作用,重叠度影响试样裂隙的发育。2)试样峰值剪切强度随倾角增加先增大后减小并在45°取得最大值;随着节理重叠度的增大,峰值剪切强度逐渐减小;剪切峰值强度对倾角因素更敏感。3)不同倾角试样的剪切应力-位移曲线差异主要体现在破裂后阶段,试样的声发射计数变化规律与破坏模式相对应;不同重叠度试样应力-位移曲线形态相似,试样的声发射计数变化规律相似,但计数峰值随重叠度的增大逐渐减小。     

预压静载下平行双节理类岩石板动态响应试验及数值研究

在深部的岩体工程中，围岩常受到静态载荷和动态扰动的共同作用．此时，岩体中蕴含的成组结构面的破坏往往会影响岩体工程的稳定性．因此，有必要对多节理岩体在静-动态耦合荷载作用下的力学特性和破裂特征开展系统研究．以平行双节理类岩石材料板为研究对象，采用改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)系统开展了4种轴压条件下的动态试验，验证了相应的离散元数值模型的适用性．在此基础上，建立了基于围压柔性加载的静水压的SHPB模型，分析了试样在不同预应力状态下的破裂特征．结果表明：处于一维静动荷载作用时，试样的动态强度及总强度都表现出显著的率相关性；相近加载率下，试样的动态强度随轴压增加逐渐减小，而总强度先增大后减小；在预轴压的作用下，随着加载率的增加，试样的破坏模式由拉剪破坏向剪切破坏转变；在静水压环境下，平行双节理试样的动态强度和总强度同样表现出显著的率效应，且明显高于同等轴压条件下的试样强度；在相近加载率下，试样的动态强度和总强度具有显著的围压增强效应．试样最终均呈“X”状剪切破坏模式，与加载率和静水压大小无明显关联，而且静水压的作用会明显抑制拉伸翼裂纹的产生．裂纹起裂时间受加载率、轴压及静水压的影响．     

压剪作用下节理倾角对类岩石材料破坏模式的影响

采用在水泥砂浆初凝前预埋云母片的方法制作含不同分布形态的充填节理试件,并对试件进行压剪试验,探究压剪复合作用下节理倾角对岩体破坏模式的影响及节理岩体破坏机理。应用RFPA2D有限元程序建立相应的数值模型,进行数值计算。试验和数值模拟结果表明:节理倾角对试件初始破坏时翼裂纹的产生位置和最终破坏形态都有显著影响;不同倾角的节理在不同程度上弱化了类岩石试件的抗剪强度,节理倾角为15°时抗剪强度最小,而60°时最大;节理倾角小于45°时,试件破坏所需剪切位移小于无节理试件破坏时的剪切位移,节理倾角大于或等于45°时大于无节理试件破坏时的剪切位移。     

高强混凝土新旧结合面抗剪性能试验

进行了11个标号C80和4个标号C40混凝土试件的单调推剪试验,得到了结合面破坏形态、剪力-滑移曲线和剪力-抗剪钢筋应变曲线,分析了混凝土强度、结合面配筋强度和结合面类型对结合面抗剪性能的影响.收集了32组国外试验数据,对比了高强混凝土结合面受剪承载力试验值与国内外相关标准的计算值.研究结果表明:试件出现了结合面剪切和试件混凝土冲切两种破坏模式;粗糙面C80试件的结合面受剪承载力小于C40试件,键槽面试件的结合面受剪承载力高于粗糙面试件;结合面的受剪承载力与配筋强度成正比;按照我国《装配式混凝土结构技术规程:JGJ 1—2014》公式计算的C80试件受剪承载力与试验值之比在0.33~0.72之间,且相比于国际结构混凝土协会、美国和欧盟规范,我国规程计算公式偏保守.利用试验数据,经回归分析,提出了高强混凝土新旧结合面受剪承载力修正建议计算公式.     

渗透压作用下压剪岩石裂纹损伤断裂机制

在研究渗透水压和远场应力共同作用下压剪滑移型岩石裂纹的起裂、扩展规律的基础上,考虑分支裂纹相互作用,建立压剪应力场和渗流场共同作用下岩石裂纹体的损伤断裂力学模型和考虑岩桥损伤所引起的附加应力强度因子演化方程,提出分支裂纹临界长度时裂纹尖端虚拟应力强度因子KI(LC)作为压剪岩石裂纹的损伤断裂贯通的破坏准则.研究结果表明:在既定裂纹分布下,分支裂纹尖端应力强度因子KI受侧压力系数λ、渗透压P、裂纹表面摩擦因数μ的制约;当轴向应力和裂纹面摩擦因数一定时,在低渗透压、侧向拉应力共同作用下,压剪岩石裂纹趋向于轴向贯穿破坏,而在高渗透压作用下会导致分支裂纹尖端岩桥剪切破坏.     

三维锯齿型结构面直剪特性分析

结构面特性对于岩体稳定性具有重要的影响,为了研究锯齿型结构面的强度和变形特征,利用数值计算软件建立了三维结构面岩体试样的计算模型,采用界面单元模拟结构面特性,得到结构面在正应力和剪应力作用下,结构面剪切强度与起伏角的关系、应力应变关系以及剪胀效应.结果表明,结构面起伏角对内摩擦角的影响程度大于对黏结力的影响程度;相对法向位移与相对切向位移关系曲线明显地随法向应力大小不同而呈现出不同的变化趋势;在不同的起伏角和正应力状态下,法向位移和剪切位移之间均符合线性关系.     

压剪滑动型危岩失稳破坏准则研究

根据危岩的受力特点,建立了压剪滑动型危岩力学模型;分别求出了作用于危岩体上的重力、裂隙水压力(天然工况和暴雨工况)和地震荷载计算表达式。将作用在危岩上的荷载沿主控结构面法线和切线方向分解,得到法向力和切向力计算式;采用D-P破坏准则,建立了用主控结构面法向力和切向力表达的压剪滑动型危岩的失稳破坏准则。工程实例验证表明该准则具有一定合理性。     

压剪滑动型危岩失稳破坏准则研究

根据危岩的受力特点,建立了压剪滑动型危岩力学模型;分别求出了作用于危岩体上的重力、裂隙水压力（天然工况和暴雨工况）和地震荷载计算表达式。将作用在危岩上的荷载沿主控结构面法线和切线方向分解,得到法向力和切向力计算式;采用D-P破坏准则,建立了用主控结构面法向力和切向力表达的压剪滑动型危岩的失稳破坏准则。工程实例验证表明该准则具有一定合理性。
     

水岩作用下花岗岩裂隙剪切力学特性演化规律

为研究水岩作用对花岗岩裂隙剪切力学特性的影响,分别对干燥和不同浸水时长条件下的花岗岩裂隙试样进行了室内直剪试验。结果表明:峰值抗剪强度、剪切刚度随浸水时长的增长而减小;峰值剪位移随浸水时长的增长而增大;剪胀效应随浸水时长的增长而减弱;剪切损伤体积随浸水时长的增长而增大。采用三维蓝光扫描仪获得了裂隙面剪切前后的形貌特征,分析了剪切损伤体积随浸水时长的演化规律,提出了考虑浸水时长条件下的粗糙裂隙剪切体积模型。此外,还分别进行了干燥、浸水12个月两种工况下的花岗岩纳米压痕试验。相比干燥试样,浸泡12个月后试样的最大压入深度和塑性变形都明显增大,长时间浸水后花岗岩试样纳米硬度和Young's模量明显降低,即裂隙凸起体更容易破坏。     

不同围压下柱状节理岩体三轴力学试验研究

为了研究白鹤滩水电站坝址区柱状节理岩体的力学性质,采用相似原理制作与柱状节理岩体结构和物理力学性质相近的柱状节理物理模型试样,借助岩石全自动三轴流变伺服系统,开展了不同围压条件下柱状节理模型试样三轴力学试验研究,分析了不同围压对柱状节理岩体的强度、破坏模式和损伤的影响.研究结果表明:柱状节理模型试样的峰值强度与围压呈正相关关系;柱状节理模型试样在较低围压作用下沿节理面的滑移破坏,在较高围压作用下破坏模式为剪切滑移破坏;在三轴压缩过程中,围压对减缓柱状节理岩样的轴向损伤有一定的影响.     

岩石剪胀效应的数值模拟研究

应用FLAC 3D数值模拟软件,分别对不同剪胀角与围压作用下,岩样的剪切带分布及强度特征进行模拟研究.结果表明:随着剪胀角的增加,单轴压缩试验岩样由单一剪切破坏向共轭剪切破坏转变,同时韧性有所增强;围压的增加使得剪胀角为零的岩样由单一剪切破坏发展为双"X"形剪切破坏,剪胀角大于零的岩样由复合共轭剪切破坏过度到单一"X"形剪切破坏,剪切带宽度不断增大;岩样的剪切带倾角随着剪胀角的增大而增大,随围压的增加而减小;围压使得岩样峰值强度与残余强度增加,对岩样残余强度的提高显著;相同围压条件下,剪胀角越大岩样的强度越高但增加幅值不大;随着巷道围岩剪胀效应的增强,围岩的变形量增加显著,合理有效地控制巷道围岩的剪胀变形是支护的关键.     

岩体结构面直剪力学行为的颗粒流分析

采用颗粒流程序重点研究了岩体结构面直剪力学行为,分析了粘结解绑法和光滑节理接触法模拟结构面剪切力学行为的可行性。颗粒的尺寸和位置随机分布会引入一定的粗糙度,进而造成粘结解绑法结构面剪切过程中产生非实际的应力集中现象;结构面两侧颗粒在剪切过程中容易穿越结构面而引起颗粒间接触模型的不合理设置,使得光滑节理接触法结构面产生非实际应力集中现象,采用结构面相交接触判别法和结构面两侧颗粒组接触判别法解决光滑节理接触法存在的弊端。通过摩擦角为57°的岩体平直结构面在法向应力为3 MPa、5 MPa和7 MPa的直剪模拟与理论值对比分析,验证了结构面两侧颗粒组接触判别法能够真实模拟岩体结构面剪切力学行为的结论。     

赣南花岗岩风化带岩土体强度特征及边坡破坏模式分析

为研究赣南地区花岗岩风化带岩土体强度特性及边坡破坏模式,采用室内岩矿鉴定、X粉晶衍射试验和电镜扫描等方法对原岩和全风化花岗岩进行矿物成分和微观结构分析,同时通过全风化花岗岩三轴固结不排水剪切试验,中风化花岗岩单轴和三轴试验对风化带岩土体的强度特征和破坏模式进行了研究。结果表明:随着围压增大,全风化花岗岩应力-应变关系发生了转型,破坏模式为先鼓胀再剪切破坏;中风化花岗岩在单轴压缩条件下经历了四个破坏阶段,三轴试验得到岩块的抗剪强度参数,经虎克布朗准则反演得到了岩体的强度参数。结合野外特征,赣南花岗岩风化带岩土体边坡失稳破坏模式主要有5种,其中坡面冲刷破坏占比较大。     

超高性能混凝土梁受剪性能的尺寸效应试验研究

为研究超高性能混凝土梁受剪性能的尺寸效应，对不同截面尺寸HRB500级钢筋超高性能混凝土梁进行受剪试验。首先分析UHPC梁的试验现象及结果，其次探究截面尺寸对梁剪切延性、剪切裂缝强度及抗剪强度的影响规律，最后基于所得试验数据比较现行公式的适用性。结果表明：不同截面尺寸梁的失效模式均为剪压破坏，梁的应力重分布能力、挠度、刚度及主裂缝特征参数均与截面尺寸呈正相关；梁的位移延性系数、剪切裂缝强度及抗剪强度均随梁高的增大而减小，存在明显的尺寸效应；经对比分析，陈宝春提出的抗剪承载力公式的预测值较好。     

不同裂隙张开度下岩石材料破坏的颗粒离散元模拟

岩体结构对岩体工程灾害具有一定的控制作用,为了研究硬性结构面在岩体破坏中所起的作用,从裂隙张开度对岩石破坏过程和破坏模式的影响出发,建立不同裂隙倾角下不同张开度的颗粒离散元数值模型,进行单轴压缩数值试验,结果表明：岩样的主要破坏模式既与裂隙的张开度有关,又受裂隙倾角影响;裂隙张开度较小岩样,通过裂纹迅速发展,在峰值强度时就趋于贯通;而裂隙张开度较大岩样,引起最终破坏的裂隙尖端张拉裂纹在峰值强度后才出现;且存在极限相对裂隙张开度,对岩样的受力破坏起裂隙干扰作用.