恒定法向应力条件下三维粗糙节理面剪切特性试验研究

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高边坡以及频发的地震是我国西南地区工程建设中最常见的两类地质难题。实际表明,沿岩体节理面的剪切变形是许多岩体工程在面临上述地质问题时常见的一种变形模式。因此,了解节理面的剪切力学行为对于工程实际具有至关重要的意义。基于上述背景,借助岩石剪切试验系统与三维形貌扫描仪进行岩体节理面剪切试验和形貌扫描,分析了直接荷载与循环荷载下节理面的剪切应力、法向位移、表面破坏特征等方面的演化规律,主要研究成果有:(1)直剪荷载下剪应力曲线形态主取决于节理面表面形貌与充填物,可划分为峰值型与屈服型两种,法向应力与加载速率不会改变其主要形态。未充填节理面在直剪过程中法向变形整体呈现先剪缩后剪胀,有充填物情况下,粗糙度较小的节理面表现为纯剪缩,粗糙度较大的节理面剪胀曲线则为先剪缩后剪胀型。(2)三组未充填节理面剪切曲线形态差异主要体现在第一个循环中,与直剪结果相同,分为峰值型与屈服型,在之后的循环中均表现为屈服型,而充填节理面剪应力曲线演化趋势与之相反。在有无充填时,对应循环间最大应力均大致遵循随粗糙度的增加而增大的变化趋势。(3)未充填粗糙节理面法向位移演化规律最大差异在于第一个循环中,循环次数增加,法向变形整体表现为剪缩,平均剪胀角随循环次数增加而减小,凸起分布状态决定减小速率的变化趋势。含充填物时,节理面变形也表现为剪缩,三组节理面平均剪胀角均随着循环次数增加呈现减速率下降趋势。(4)节理面的直剪破坏模式是滑移、断裂和拉伸破坏等行为的组合,重力荷载引发的滑坡破坏机制可分为滑移-切齿机制、切齿-断裂机制和界面滑移-剪切断裂机制。(5)循环荷载作用下,非充填节理面主要发生磨损破坏与张剪结合破坏,而充填节理面的破坏模式主要为发生在充填层的剪切滑移与内部的结合-张剪裂纹损伤的组合。地震荷载造成岩质边坡滑移时,破坏机制可分为滑移-剪断型破坏与介质滑移-端部破裂型破坏。
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