随机荷载作用下岩石节理剪切强度特性研究
《岩体力学》第六章岩体的力学性质
图6.1 岩体的压力--变形曲线第六章 岩体的力学性质岩体的力学性质包括岩体的变形性质、强度性质、动力学性质和水力学性质等方面。
岩体在外力作用下的力学属性表现出非均质性、非连续、各向异性和非弹性。
岩体的力学性质取决于两个方面： 1）受力条件；2）岩体的地质特征及其赋存环境条件。
其中地质特征包括岩石材料性质、结构面的发育情况及性质（影响岩体的力学性质不同于岩块的本质原因）；赋存环境条件包括天然应力和地下水。
第一节 岩体的变形性质一、 岩体变形试验及其变形参数确定变形参数包括变形模量和弹性模量。
按静力法得到静E ，动力法得到动E 。
⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧法波地震声波法动力法轴压缩试验法双单水压洞室法钻孔变形法扁千斤顶法狭缝法承压板法静力法按原理和方法分原位岩体变形试验)()()( )(1．承压板法刚性承压板法和柔性承压板法 各级压力P －W （岩体变形值）曲线 按布西涅斯克公式计算岩体的变形模量E m （Mpa ）和弹性模量E me （Mpa ）。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-=-=e m mem m W W PD E W W PD E )1()1(22μμ式中：P —承压板单位面积上的压力（Mpa ）； D —承压板的直径或边长（cm ）；W，W e—为相应P下的总变形和弹性变形；ω—与承压板形状、刚度有关系数，圆形板ω=0.785，方形板ω=0.886。
μm—岩体的泊松比。
★定义：岩体变形模量（E m）：岩体在无侧限受压条件下的应力与总应变之比值。
岩体弹性模量（E me）：岩体在无侧限受压条件下的应力与弹性应变之比值。
图6.2 钻孔变形试验装置示意图②可以在地下水位以下笔图6.3 狭缝法试验装置如图6.3所示。
二、岩体变形参数估算现场原位试验费用昂贵，周期长，一般只在重要的或大型工程中进行，因此，岩体变形参数的很多情况下必须进行估算。
两种方法：① 现场地质调查→建立适当的岩体地质力学模型→室内小试件试验资料→进行估算； ② 岩体质量评价和大量试验资料→建立岩体分类指标与变形参数间的经验关系→进行估算。
不同剪切速率下岩石节理的强度特性研究
第25卷 第12期岩石力学与工程学报 V ol.25 No.122006年12月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Dec .，2006收稿日期：2005–12–21；修回日期：2006–03–06基金项目：国家自然科学基金重点项目(50439030)；国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412705)作者简介：李海波(1969–)，男，博士，1988年毕业于郑州工学院水工专业，现任研究员，主要从事岩石动力学方面的研究工作。
E-mail ：hbli@不同剪切速率下岩石节理的强度特性研究李海波，冯海鹏，刘 博(中国科学院 武汉岩土力学研究所，湖北 武汉 430071)摘要：不同剪切速率作用下岩石节理强度特性是研究地震荷载作用下岩体结构响应和安全的基本参数，通过RMT –150C 电伺服试验机，利用人工浇铸的表面为锯齿状的混凝土岩石节理试样，研究不同剪切速率下各种岩石节理起伏角度岩石节理的强度特征。
试验结果发现：(1) 岩石节理面的峰值剪切强度随着剪切速率的增大而减小，减小幅度随着剪切速率的增大变小；(2) 岩石节理面的峰值剪切强度随着起伏角度的增大而增大；(3) 岩石节理面的峰值剪切强度随着法向应力的增大而增大，基本成线性关系。
最后，基于试验的结果提出考虑不同剪切速率的岩石节理峰值强度模型。
关键词：岩石力学；岩石节理；剪切速率；起伏角度；峰值剪切强度中图分类号：TU 452 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)12–2435–06STUDY ON STRENGTH BEHA VIORS OF ROCK JOINTS UNDERDIFFERENT SHEARING DEFORMATION VELOCITIESLI Haibo ，FENG Haipeng ，LIU Bo(Institute of Rock and Soil Mechanics ，Chinese Academy of Sciences ，Wuhan ，Hubei 430071，China )Abstract ：Strength of rock joints under different shear deformation velocities is the basic information to assess the response and safety of rock structures under earthquake. By using the RMT –150C servo-test system ，artificial concrete joint samples with hammered surfaces have been employed to study the strength of rock joints under different shearing velocities. Based on the experimental results ，it can be found that the peak shear strength decreases with the increase of shear deformation velocity ；and that the decreasing rates decrease with the increment of shearing deformation velocity. It is also indicated that the peak shear strength of rock joints clearly increases with the increase of normal stress and undulation angles at different shear deformation velocities. Based on the experimental results ，a model to describe the peak strength of rock joints with shear deformation velocity and undulation angle is presented.Key words ：rock mechanics ；rock joints ；shearing deformation velocity ；undulation angle ；peak shear strength1 引 言岩石节理的强度和变形特征是分析地震荷载作用下岩体边坡及硐室安全和响应的基本参数。
岩石节理经历不同变形历史的剪切试验研究
第25卷 第1期岩石力学与工程学报 V ol.25 No.12006年1月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Jan .，2006收稿日期：2004–10–20；修回日期：2005–01–31基金项目：国家自然科学基金资助项目(50079012)；教育部留学回国人员科研启动基金项目作者简介：杜守继(1963–)，男，博士，1984年毕业于石家庄铁道学院隧道工程专业，现任副教授，主要从事岩石力学方面的教学与研究工作。
E-mail ：dusj@ 。
岩石节理经历不同变形历史的剪切试验研究杜守继1，朱建栋1，职洪涛2(1. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200030；2. 上海市政工程设计研究院，上海 200092)摘要：基于不规则的人工岩石节理经历不同剪切变形历史的剪切试验，分析了岩石节理剪切变形特性及与变形历史的依存关系。
结果表明，岩石节理峰值和残余剪切应力随垂直应力的增加呈线性增长趋势，而剪胀特性已变得不明显。
两类节理面在经历不同垂直应力下的剪切变形历史后，剪切应力均不再出现尖峰；而不同剪切变形历史主要影响节理的剪切强度，对剪胀特性影响较小。
关键词：岩石力学；岩石节理；剪切试验；不同剪切变形历史中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2006)01–0056–05SHEAR TESTS ON ROCK JOINTS UNDER DIFFERENT SHEARDEFORMATION HISTORIESDU Shou-ji 1，ZHU Jian-dong 1，ZHI Hong-tao 2(1. School of Naval Architecture ，Ocean and Civil Engineering ，Shanghai Jiaotong University ，Shanghai 200030，China ；2. Shanghai Municipal Engineering Design Institute ，Shanghai 200092，China )Abstract ：Based on the shear tests of artificial rock joints under different shear deformation histories ，the shear properties of rock joints are analyzed. The test results show that the peak and residual shear stresses increase linearly with the increase of different normal stress histories. Different shear displacement histories mainly affect the shear strength of joints ，and have a little relationship with the dilatancy property of rock. Key words ：rock mechanics ；rock joint ；shear tests ；different shear deformation histories1 引 言近年来，深部地下空间的开发利用问题(诸如放射性核废料储存场所等)正受到广泛的关注。
节理对岩石力学性质的影响研究
节理对岩石力学性质的影响研究岩石是地壳中最基本的建造物质，其力学性质对地下工程和地质灾害的稳定与可靠性至关重要。
然而，岩石中存在着一种非均匀的结构特征，即节理，这对岩石的力学性质产生了显著的影响。
因此，研究节理对岩石力学性质的影响具有重要的理论和实际意义。
首先，了解节理对岩石的力学强度和变形特性的影响是研究的核心。
节理是岩石内部的断裂面，影响了岩石内部的应力分布和变形特性。
研究表明，节理的存在会导致岩石的应力集中，从而降低了岩石的强度和抗剪强度。
此外，节理还会影响岩石的变形模式和应变环境，在地下工程中容易形成滑移面等问题。
因此，只有充分了解节理对岩石力学性质的影响，才能更好地预测和控制地下工程的稳定性。
其次，理解节理对岩石断裂和破坏的影响是该研究的关键。
在地质灾害中，节理不仅可以作为裂隙的传播路径，还会直接影响岩石的破坏形式和过程。
研究发现，当外界应力作用于岩石时，节理往往是断裂的起始点和扩展路径。
这是因为在岩石的应力分析中，节理是一个较为脆弱和易于破坏的部分，容易形成应力集中，从而引发岩石的破坏。
因此，准确理解节理对岩石断裂和破坏的影响，对于预测和防治地质灾害具有重要意义。
进一步研究表明，节理对岩石的渗透性和水文特性也有重要影响。
节理的存在使得岩石更容易发生渗流，进而影响岩石的水文特性。
研究发现，节理的连通性和孔隙度直接影响着岩石的渗透性和排水能力。
节理的存在会导致岩石内部形成较大的裂隙空间，增加了岩石的渗流通道，使岩石的渗透率增大。
因此，在地下水资源和地下水工程的开发与利用中，充分考虑节理对岩石渗透性的影响，是确保工程安全和有效的必要步骤。
此外，节理对岩石的热传导性和热膨胀特性也有一定的影响。
研究发现，节理充满了空隙和夹杂物，空气和水可以在节理中流动，进而影响岩石的热传导性。
此外，由于节理的存在，岩石在受热和冷却时会发生膨胀和收缩，从而引起岩石内部的应力变化。
因此，节理对岩石的热传导特性和热膨胀特性的研究，对于热工程领域具有一定的科学意义和实际应用价值。
岩石力学性质试验
岩石力学性质试验一、岩石单轴抗压强度试验1.1概述当无侧限岩石试样在纵向压力作用下出现压缩破坏时，单位面积上所承受的载荷称为岩石的单轴抗压强度，即试样破坏时的最大载荷与垂直于加载方向的截面积之比。
在测定单轴抗压强度的同时，也可同时进行变形试验。
不同含水状态的试样均可按本规定进行测定，试样的含水状态用以下方法处理：（1）烘干状态的试样，在105～1100C下烘24h。
（2）饱和状态的试样，使试样逐步浸水，首先淹没试样高度的1/4，然后每隔2h分别升高水面至试样的1/3和1/2处，6h后全部浸没试样，试样在水下自由吸水48h；采用煮沸法饱和试样时，煮沸箱内水面应经常保持高于试样面，煮沸时间不少于6h。
1.2试样备制（1）试样可用钻孔岩芯或坑、槽探中采取的岩块，试件备制中不允许有人为裂隙出现。
按规程要求标准试件为圆柱体，直径为5cm，允许变化范围为4.8～5.2cm。
高度为10cm，允许变化范围为9.5～10.5cm。
对于非均质的粗粒结构岩石，或取样尺寸小于标准尺寸者，允许采用非标准试样，但高径比必须保持=2:1～2.5:1。
（2）试样数量，视所要求的受力方向或含水状态而定，一般情况下必须制备3个。
（3）试样制备的精度，在试样整个高度上，直径误差不得超过0.3mm。
两端面的不平行度最大不超过0.05mm。
端面应垂直于试样轴线，最大偏差不超过0.25度。
1.3试样描述试验前的描述，应包括如下内容：（1）岩石名称、颜色、结构、矿物成分、颗粒大小，胶结物性质等特征。
（2）节理裂隙的发育程度及其分布，并记录受载方向与层理、片理及节理裂隙之间的关系。
（3）测量试样尺寸，并记录试样加工过程中的缺陷。
1.4主要仪器设备1.4.1试样加工设备钻石机、锯石机、磨石机或其他制样设备。
1.4.2量测工具与有关检查仪器游标卡尺、天平（称量大于500g，感量0.01g），烘箱和干燥箱，水槽、煮沸设备。
1.4.3加载设备压力试验机。
岩石在动载作用下破坏模式与强度特性研究
岩石在动载作用下破坏模式与强度特性研究东兆星 单仁亮中国矿业大学(江苏,221008)[摘 要] 岩石在高应变率下的破坏类型及动态强度理论是工程爆破中的一个重要的基本问题。
以往研究岩石的破坏类型只停留在静载作用下,而其强度理论也多采用静态强度理论。
作者利用SH PB 装置对常见的四种岩石进行了大量冲击试验。
结果表明,岩石在冲击载荷作用下破坏分为四种类型:压剪破坏、拉应力破坏、拉应变破坏和卸载破坏,而且其破坏强度随冲击速度的提高而提高。
最后对强度理论作了讨论。
[关键词] 岩石 高应变率 破坏模式 强度理论 SH PB 装置Research on the Fa ilure Pa ttern and Strength Properties of Rock under D ynam ic L oad i ngDong Zhaox ing ,Shan R en liangU n iversity of M in ing and T echno logy of Ch ina (J iangsu ,221008)[ABSTRA CT ] T he fialu re pattern s and dynam ic strength theo ry of rock is an i m po rtan t p rob lem in engineering b lasting .T he failu re pattern s of rock w as fo rm erly on ly studied on the bases of static loading and the static strength theo ry w as adop ted .A large amoun t of i m pact test w as carried ou t on fou r k inds of common rock by u sing SH PB .R esu lts show n that the rock failu re under i m pact loading are classified in to fou r pattern s ,i .e .comp ress 2shearing dam age ,ten sile stress dam age ,ex ten sib le strain dam age and un loading dam age ,and the rock dam age strength increases w ith increasing i m pact velocity .F inally ,the strength theo ry of rock are discu ssed .[KEY W ORD S ] rock ,h igh strain rate ,failu re pattern ,strength theo ry ,SH PB1 引言高应变率下岩石的本构特性和强度特性是研究控制爆破机理、岩石破碎机理以及爆炸应力波传播的重要问题,而强度及破坏理论一直是岩土力学与工程界的重要课题。
岩石节理
结论：岩组A对Ⅱ级=0.27为最高，按“主元素突出型” 模型M(∧, ⊕)（即择优原则），应评定为Ⅱ级。
实例摘自论文：
A
B
Mcwilliams通过直剪试验和形态测试提出可用下式预估材料参 数：
A 4.295 1.022D 0.201I 1.352 z 2
B 1.449 0.568D 0.412I 0.076 z 2 lg( L) I (1 D) lg r
式中： D-分形维数；I-分形截距；z2-节理表面形态的坡度均 方根；r-测量标度；L-与测量标度对应的节理剖面线的长度。
模糊综合评判的广义数学模型
r11 , r12 , r10 B A B (a1 , a 2 , a 3 ) r21 , r22 , r20 b1 , b2 , b3 ,b10） （ r , r , r 30 31 32
广义模糊运算下的B中的各元素为
z1
,
r 0.479
上式可计算每个级别的节理面的摩擦系数。预计时，若RJ值 接近某级范围的中间值，μ也可取该级范围的中间值。比较摩 擦系数的预计值与实测值可知，它们的最大误差不超过0.05， 说明该方法可行性好、精确度高。
二、用节理表面形态参数预估其剪切强度的其他方法
Mcwilliams用下式幂函数表示节理的剪切强度：
( xi mij )
j ( xi ) e
2 cij
为了确定cij的值，假定每个级别边界处的隶属函数值为e-1
d i j mij cij
1, 或c ij d ij mij
式中dij为评判因子第j级别第i个评判因素的边界值，见表6-9.
岩石物理力学性质-知识归纳整理
1 岩石的物理力学性质岩石是由固体相、液体相和蔼体相组成的多相体系。
理论以为，岩石中固体相的组分和三相之间的比例关系及其相互作用决定了岩石的性质。
在研究和分析岩石受力后的力学表现时，必然要联系到岩石的某些物理性质指标。
岩石物理性质：岩石由于其固体相的组分和三相之间的比例关系及其相互作用所表现出来的性质。
主要包括基本物理性质和水理性质。
岩石在受到外力作用下所表现出来的性质称为岩石的力学性质。
岩石的力学性质主要有变形性质和强度性质，在静荷载和动荷载作用时，岩石的力学性质是有所不同的，表如今性质指标的差异上。
岩石的物理力学性质通常经过岩石物理力学性质测试才干确定。
1.1 岩石的基本物理性质指标 反映岩石组分及结构特征的物理量称为岩石的物理性质指标，这里主要是指一些基本属性：密度、比重、孔隙性、水理性等。
反映了岩石的组分和三相之间的比例关系。
为了测定这些指标，一股都采用岩样在室内作试验，，必要时也可以在天然露头上或探洞(井)中举行现场试骀。
在选用岩样时应思量到它们对所研究地质单元的代表性并尽可能地保持其天然结构。
最好采用同一岩样逐次地测定岩石的各种物理性质指标。
下面分述各种物理性质指标。
1.1.1 岩石的密度和重度(容重)1、定义密度：单位体积岩石(包括岩石内空隙体积在内)所具有的质量。
重度(容重)：单位体积岩石所受的重力。
2、计算式密度：V M =ρ(g/cm 3，t/m 3)容重度：V MgV W ==ρ(kN/m 3)密度与重度的关系：γ=ρg。
上述各式中，M —岩石质量；W —岩石分量；V —岩石体积(包括空隙在内)；g 为重力加速度，g=9.8m/s 2，工程上普通取10m/s 2。
密度与容重的种类：天然密度ρ、干密度ρd 、饱和密度ρsat 。
天然密度与干密度的关系：ρ=ρd (1+0.01ω)(ω为含水率，以百分数计)。
3、影响因素 影响岩石密度大小的因素：矿物成分、孔隙及微裂隙发育程度、含水量。
岩石的强度
3.2
岩石的强度性质
3.2.2 岩石的抗拉强度
目前常用混凝土试验中的劈裂法测定岩石的抗拉强度。 试件的形状用得最多的是圆柱体和立方体。试验时沿着圆柱体的直径方向施 加集中荷载，这可以在试件与上、下承压板接触处各放一根钢丝来实现。这 样试件受力后就有可能沿着受力的直径裂开，见图 ：
3.1
岩石的破坏形式：
概述
1）脆性破坏： 大多数坚硬岩石在一定的条件下都表现出脆性破坏的性质。 也就是说，这些岩石在荷载作用下没有显著觉察的变形就突然破坏。产生这 种破坏的原因可能是岩石中裂隙的发生和发展的结果。
例如，在地下洞室开挖后，由于洞室周围的应力显著增大，洞室围岩可能产生许 多裂隙，尤其是洞室顶部的张裂隙，这些都是脆性破坏的结果。
花岗岩 闪长岩 粗玄岩
石灰岩 白云岩 煤
玄武岩
砂 岩 页 岩
150~300
20~170 10~100
10~30
4~25 2~10
片麻岩
大理岩 板 岩
50~200
100~250 100~200
5~20
7~20 7~20
3.2
岩石的强度性质
3.2.1 岩石的抗压强度——影响因素
(1) 结晶程度和颗粒大小：岩石的结晶程度和颗粒大小对其抗压强度的影响 是显著的。
概述
3）弱面剪切破坏： 由于岩层中存在节理、裂隙、层理、软弱夹层等软弱 结构面，岩层的整体性受到破坏。在荷载作用下，这些软弱结构面上的剪应 力大于该面上的强度时，岩体就产生沿着弱面的剪切破坏，从而使整个岩体 滑动。图3-1为几种破坏形式的简图。
图3-1 岩石的破坏形式
（a）、（b）脆性断裂破坏；（c）脆性剪切破坏；（d）延性破坏；（e）弱面剪切破坏
断裂岩石粗糙性与岩体抗剪强度和机理的实验研究
一
（ ｖｎ ｓ） 和 “ ｗａ ｉｅ ｓ 起伏 度 ” （ ｓ ｅｉ ） 两个 指 标 来 ａｐ ｒ ｙ ｔ
表 征ｌ 。粗糙 度是 在较小 尺度 上表 征断裂 面 的光 滑 ８ ］ 程度 ，起 伏 度 是 在 较 大 尺度 上 描 述 断 裂 面 的平 整
ｔ ｒ ｈｅ ｒｓ ｒ ｎ ｈ ｏ ｏ ｋ ｆａｃ ｕ ｅ： ｏｎ ｓ ｔ ｅ ｍ ｉｒ — ｓ ｒｔｅ ｈｅ ａ ｉｃ ｔ ｉ ｂｉｉｙ，ｔ ｔ ｒｉ ｈ ｅ ｍ ｓ ａ ｔ ｅ ｇｔ ｆ ｒ ｃ ｒ ｔ ｒ ｅ ｉ ｈ ｃ ｏ ａ ｐｅ ｉｉ ｓｏｆｔ ｎｔ— ｕ ｔｎｇ ａ ｌｔ ｈｅ ｏ ｈｅ ｓｔ ｅ
＠ １ ３ ｃ ｒ。 ６ ．ｏ ｎ
起伏 度 的 一 种 定 量 计 算 方 法 。并 且 通 过 对 断 裂 岩 石加 载 过 程 中粗 糙 性 演 化 ，揭 示 构 成 其 长 期 抗 剪 强度 的机 制 ，本 文 通 过 对 两 类 不 同破 坏 方 式 的 断
１Ｏ １
中 国 矿 业
Ｅｘ ｅ ｉ ｅ ａ ｔ ｄ ｎ ｒ ｕ ｈ ｅ ｓ ａ ｄ ｌ ｎｇ ｓ ｅ ｒ ｓ ｒ ｎｇ ｈ ｏ ｒ ｃ ｕ ｅ ｒ ｃ ｐ ｒ ｍ ｎｔ ｌｓ ｕ ｙ ｏ ｏ ｇ ｎ ｓ ｎ ｏ ｈ ａ ｔ ｅ ｔ ｆ ｆ ａ ｔ ｒ ｏ ｋ
ＣＡ０ ｕｊ ， Ｗ ＡＮＧ ｉ－ ｎ Ｑｉ－ｕ Ｊｎ ａ
凹 凸 体 的 抗 摩 擦 能 力 。无 论 哪 种 破 坏 方 式 ，在 加 载过 程 中 ，这 两 种 机 理 都 是 交 织 在 一 起 共 同 作 用 于 受 载 岩 体 上 ，并 随 时 间 或 剪 位 移 的增 加 而 相 互 转 换 的 ，而 且所 发 挥 作 用 的 主 次 也 有 所 不 同 。 关 键 词 ：断裂 岩石 ；起 伏 度 ；粗 糙 度 ；抗 剪 强 度 中 图 分 类 号 ：Ｔ ５ Ｕ４ ５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ —４ ５ （ ０ ２ ５ ０ Ｏ 一Ｏ ０ ４ ０ １ ２ １ ）０ — １ ７ ５
岩石纹理特征与剪切行为的试验研究与分析
岩石纹理特征与剪切行为的试验研究与分析岩石是地球上广泛存在的一种天然材料，其物理和力学性质直接影响着岩石的工程行为。
岩石的纹理特征是指岩石中微观结构和组成的排列方式，研究岩石纹理对了解岩石力学性质和剪切行为具有重要意义。
本文通过试验研究与分析，探讨了岩石纹理特征与剪切行为之间的关系。
1. 引言在土木工程和岩土工程领域中，岩石的剪切行为是一个关键问题。
剪切行为是指当外力作用于岩石时，岩石内部发生的剪切应变与剪切应力之间的关系。
岩石的纹理特征对剪切行为具有重要影响，因为岩石中存在着各种各样的纹理结构，如层理、节理等。
2. 实验方法为了研究岩石纹理特征与剪切行为之间的关系，我们选择了一种代表性的岩石样本进行试验实验。
首先，我们对岩石样本进行了纹理特征的观察和描述，包括层理的走向和倾角、节理的密度和间距等。
然后，我们进行了剪切试验，通过施加不同的剪切应力和测量岩石的剪切应变，得到了剪切行为的试验数据。
3. 实验结果与分析通过实验数据的分析，我们发现岩石纹理特征对岩石的剪切行为具有显著影响。
首先，层理对岩石的剪切强度和变形特性有着重要影响。
当层理与剪切面的夹角较小时，岩石具有较高的剪切强度，而当夹角较大时，岩石的剪切强度显著下降。
其次，节理对岩石的剪切破裂模式和剪切面的形态有影响。
节理的密度和间距越大，岩石的剪切破裂模式越复杂，剪切面也更加不规则。
4. 结论通过试验研究与分析，我们得出了以下结论：岩石的纹理特征对剪切行为具有重要影响。
层理的走向和倾角以及节理的密度和间距影响着岩石的剪切强度、变形特性和剪切破裂模式。
因此，在工程实践中需要充分考虑岩石纹理特征对剪切行为的影响，以保证工程结构的安全性和可靠性。
5. 建议和展望在未来的研究中，可以进一步探讨岩土工程领域中其他因素对岩石纹理特征与剪切行为的影响。
例如，岩石的孔隙结构、水分含量和温度等因素对其力学性质和剪切行为的影响。
此外，通过数值仿真和现场监测等方法，可以更加深入地研究岩石纹理特征对剪切行为的影响机制，为岩土工程的设计和施工提供科学依据。
节理岩石剪切流变特性试验与模型研究
第24卷增2岩石力学与工程学报Vol.24 Supp.2 2005年11月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Nov.，2005节理岩石剪切流变特性试验与模型研究徐卫亚，杨圣奇(河海大学岩土工程研究所，江苏南京 210098)摘要：利用岩石剪切流变仪，对龙滩水电站大型地下洞室群围岩中的无充填节理岩石进行了剪切流变试验，得到了节理岩石长期抗剪强度参数，与快速剪切试验获得的短期抗剪强度参数进行比较，发现长期抗剪强度参数有所降低，且粘聚力对时间敏感性高于内摩擦角。
基于得到的剪切流变试验曲线，采用五元件粘弹性剪切流变模型对表现为粘弹性流变特性的试验曲线进行了辨识，获得了节理岩石的粘弹性剪切流变参数。
然后将提出的非线性粘塑性体与五元件粘弹性剪切流变模型串联起来，建立了岩石七元件非线性粘弹塑性剪切流变模型。
采用节理岩石加速剪切流变全程曲线，对七元件非线性粘弹塑性剪切流变模型进行了辨识，得到了非线性剪切流变模型材料参数，剪切流变模型与试验结果的比较，显示出了所建剪切流变模型的正确性与合理性。
关键词：岩石力学；节理岩石；剪切流变；非线性粘塑性体；流变指数；非线性粘弹塑性剪切流变模型中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2005)增2–5536–07 EXPERIMENT AND MODELING INVESTIGATION ON SHEARRHEOLOGICAL PROPERTY OF JOINT ROCKXU Wei-ya，YANG Sheng-qi(Institute of Geotechnical Engineering，Hohai University，Nanjing210098，China)Abstract：The shear rheology experiment on the shear rheology equipment is carried out for unfilled jointed rock specimens in the surrounding rock mass of a huge underground cave in Longtan hydropower station. The long-term shear strength parameters of jointed rock are gained. Compared with the short-term shear strength parameters gotten by rapid shear experiment，the long-term shear strength parameters have some reduction. What’s more，the sensitivity of cohesion on time is higher than that of internal friction angle. Based on the shear rheological curves of joint rock obtained on rock shear rheology equipment，five-component viscoelastic shear rheology model is used to identify the curves that show the viscoelastic rheological properties，and the viscoelastic shear rheological parameters of jointed rock are obtained. Then by connecting nonlinear viscoplastic body(NVPB) put forward by the author and five-component viscoelastic shear rheology model in series，a seven-component nonlinear visco-elastoplastic shear rheology model of rock is constructed. Then by using complete accelerative shear rheological curve of joint rock，the identification of the proposed seven-component nonlinear visco-elastoplastic shear rheology model of rock is carried out. The correlative parameters of nonlinear shear rheology model such as viscoelastic shear modulus and viscosity，etc.. are also gained. The comparison between the shear rheology model and experimental result shows that the proposed non-linear shear rheology model is right and reasonable.Key words：rock mechanics；jointed rock；shear rheology；nonlinear viscoplastic body(NVPB)；rheological index；nonlinear visco-elastoplastic shear rheology model收稿日期：2004–11–15；修回日期：2005–05–03基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)项目(2002CB412707)作者简介：徐卫亚(1962–)，男，博士，1982年毕业于河海大学，现任教授、博士生导师，主要从事岩石力学与工程方面的教学与研究工作。
基于随机C模糊理论的岩石抗剪强度参数的确定
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ω i = const =
d max
2 − d min
(9)
(2) 由步骤(1)可得 y 的初始估计值为： ( y1( 0 )，
( 0) ( 0) y2 ， L，yn ) ， 然 后 按 式 (7) ～ (10) 计 算 Di( 0 ) ，
ˆ i ) 2 (i = 1， 式中：d max ， dmin 分别为 d i = ( yi − y 2， L，
对每一组试验值均有
(3)
尔–库仑准则，可表示为下列形式 τ = c + σ tan ϕ
： + ε i (i = 1，2， L ，n)
(4)
σ1 =
2c cos ϕ 1 + sin ϕ +σ3 1 − sin ϕ 1 − sin ϕ
式中：ε i 为误差项，误差变量 ε 为随机–模糊变量。 ˆ ，设定论域为 ˆ 和b 为寻求 a
~
( 0)
~
若岩石不具有模糊性，则随机–模糊样本蜕变为 随机样本，模糊子集蜕变为普通集合，即有 v R ( Di ) =
1，代入上述各式，随机–模糊法求解方程蜕变为随
~
µ R [ yi ( xi )] = v R ( Di )
~
(10)
机一元线性回归求解方程[7 方法的一种特例[3]。
， 8]
。可见，传统的随机
・548・
岩石力学与工程学报
2005
性 [2
～4]
。
(3) 当输入 y = τ m 及 x = σ m 时， c = a / cos ϕ ，
造成岩石力学参数不确定性的原因主要是：测 定岩石力学参数的试验过程中，工程地质岩组分类 具有模糊性。岩组划分的模糊性势必通过取样传递 给岩石样本，使岩石力学参数具有不确定性。岩石 力学参数的另一不确定性，是由取样引起的随机性， 它是在岩体类属完全确定的情况下，在取样和试验 过程中产生的，包括取样方式的误差、岩样加工的 误差、试验过程的误差等。 岩石力学参数的随机性和模糊性是 2 种性质截 然不同的不确定性。随机性是由于条件的不充分使 事件发生与否不能确定，事件本身的性态和类属是 确定的；而岩石力学参数的模糊性则是岩石特性的 一种内在的不确定性。随机性只涉及信息的量，通 过对同一母体反复抽样，进行大量试验就可以逼近 该母体的力学特性；模糊性则关系到信息的意义， 它反映的是岩石样本对工程地质岩组的隶属程度， 是一种比随机性更基本、更深刻的不确定性 。 由于岩石样本包含了随机–模糊性，因此，采 用随机–模糊理论对其加以研究，能够更加合理地 反映岩石的固有力学特性。
岩体材料动力剪切性能研究与分析
３ 结语
３ 董必钦 ， 邢 锋． 海砂 氯 离子 与水泥胶 体 结合 的模 采 用海水海砂配制混凝土在海岛混凝土工 程 中是可 行 的， 其 ［ ］ 刘 军 ， 拟试验 与结合机理 ［ ］ 硅酸盐 学报 ，０９，７ １ ：６ —６ ． Ｊ． ２０ ３ （ ） ８２ ８ ８ 早期 强度和后期强 度均 比采用淡 水 中砂配制 的混凝 土高 。通 过
・
第３ ８卷 第 ３ Ｏ期 １ ６ ・ ２０１ ３ ２年 １ 月 ０
山 西 建 筑
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥＣＴＵＲＥ
Ｖｏ ． ８ Ｎｏ ３ Ｉ３ ． ０ ０ｃ ． ２ ２ ｔ ０１
文章编号 ：０ ９ ６ ２ （０ ２ ３ — １６ ０ １０ — ８ ５ ２ １ ） ０ ０ ３ — ３
的研究 与分 析 ， 而岩石脆性材料 的剪切 性能在动力荷 载作用 下的
试验装置示意图见图 １ 。
研究 还没有 较多的进展 ， 因在于 不同的研究人员 采用 的研 究方 １ ３ 加 栽参 数 原 ．
龄 期的抗压强度对 比结果表明 ， 掺加 掺合料的海水 海砂混凝 土的 度下降趋势 明显延缓 ， 中掺加矿 渣的海水海 砂混凝土后 期强度 其 早期强度 比不掺掺合料 的海水海砂拌制 的混凝土 的强度偏低 ， 这 增 长趋 势最 为明显 ， 而掺加粉煤灰 的海水海 砂混凝土后 期强 度增 主要是 由于掺加掺合料后 ， 泥用 量减小 ， 水 掺合料二 次反应较 晚。 长量是最大 的。 但掺加掺合料后 的海 水海 砂混凝 土 的后期强 度下 降趋势 明显延 参 考 文 献 ： 、 １ 战 赵铁 军． 海新 建混 凝 土建 筑 的 耐 久性 沿 缓， 甚至略有增 长 ， 中掺 加矿渣 的海水 海砂混 凝土后 期强 度增 ［ ］ 杨松 森 ， 洪艳 ， 其 长趋势最为 明显 ， 而掺加粉煤灰的海水海砂混凝 土后期 强度增长
动静荷载下类节理岩体裂纹扩展特性研究
第３２卷第２期２０１８年４月南华大学学报(自然科学版)ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａ(ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)Ｖｏｌ ３２Ｎｏ ２Ａｐｒ ２０１８收稿日期:２０１８－０１－０８基金项目:国家自然科学基金青年项目(５１２０４０９８)ꎻ湖南省自然科学基金项目(２０１８ＪＪ２３３１)ꎻ湖南省科技厅重点研发计划项目(２０１５ＳＫ２０５８４)ꎻ湖南省研究生科研创新项目(ＣＸ２０１７Ｂ５３２)作者简介:孙㊀冰(１９７９－)ꎬ女ꎬ教授ꎬ博士ꎬ主要从事岩石力学与工程检测等方面的研究.Ｅ￣ｍａｉｌ:ｓｕｎｂｉｎｇｎｈ＠１２６.ｃｏｍ文章编号:１６７３－００６２(２０１８)０２－００３７－０６动静荷载下类节理岩体裂纹扩展特性研究孙㊀冰１ꎬ罗㊀瑜１ꎬ谢杰辉１ꎬ曾㊀晟２(１.南华大学土木工程学院ꎬ湖南衡阳４２１００１ꎻ２.南华大学核资源工程学院ꎬ湖南衡阳４２１００１)摘㊀要:为了研究节理岩体在动静荷载下的裂纹扩展特性ꎬ采用室内试验和颗粒离散元程序ＰＦＣ２Ｄ５.０对类节理岩体在动静荷载下的破坏形态进行研究.对比分析不同荷载下节理倾角对破坏形态的影响.结果表明ꎬ节理倾角等于４５ʎ时为翼裂纹与次生裂纹转变的临界角度值ꎻ当倾角小于４５ʎ时ꎬ新生裂纹主要为翼裂纹ꎬ裂纹起裂与岩体破坏主要受张拉应力控制ꎻ当倾角大于４５ʎ时ꎬ新生裂纹主要为次生裂纹.裂纹起裂与岩体破坏主要受剪切应力控制.在冲击荷载下ꎬ单节理岩体与双节理岩体的破坏形态类似ꎬ都为张拉破坏ꎬ主要裂纹形式为翼裂纹.关键词:岩石力学ꎻ组合节理ꎻ裂纹扩展ꎻ数值模拟中图分类号:ＴＵ４５文献标志码:ＡＣｒａｃｋＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＪｏｉｎｔｅｄＲｏｃｋＭａｓｓＵｎｄｅｒＳｔａｔｉｃａｎｄＤｙｎａｍｉｃＬｏａｄｓＳＵＮＢｉｎｇ１ꎬＬＵＯＹｕ１ꎬＸＩＥＪｉｅ￣ｈｕｉ１ꎬＺＥＮＧＳｈｅｎｇ２(１.ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａꎬＨｅｎｇｙａｎｇꎬＨｕｎａｎ４２１００１ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＳｃｈｏｏｌｏｆＮｕｃｌｅａｒＲｅｓｏｕｒｃｅｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｏｕｔｈＣｈｉｎａꎬＨｅｎｇｙａｎｇꎬＨｕｎａｎ４２１００１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｊｏｉｎｔｅｄｒｏｃｋｍａｓｓｕｎｄｅｒｓｔａｔｉｃａｎｄｄｙｎａｍｉｃｌｏａｄｓꎬｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｏｆｊｏｉｎｔｅｄｒｏｃｋｍａｓｓｕｎｄｅｒｄｙｎａｍｉｃａｎｄｓｔａｔｉｃｌｏａｄｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙｌａｂｏｒａｔｏｒｙｔｅｓｔｓａｎｄｐａｒｔｉｃｌｅｄｉｓｃｒｅｔｅｅｌｅｍｅｎｔｐｒｏｇｒａｍＰＦＣ２Ｄ５.０.Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｊｏｉｎｔｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｎｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｏａｄｓｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｗｉｎｇｃｒａｃｋａｎｄｔｈｅｓｅｃｏｎｄ￣ａｒｙｃｒａｃｋｉｓｅｑｕａｌｔｏ４５.Ｗｈｅｎｔｈｅｄｉｐａｎｇｌｅｉｓｌｅｓｓｔｈａｎ４５ꎬｔｈｅｎｅｗｃｒａｃｋｉｓｍａｉｎｌｙｗｉｎｇｃｒａｃｋꎬｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎａｎｄｒｏｃｋｍａｓｓｄａｍａｇｅａｒｅｍａｉｎｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｓｓꎻＷｈｅｎ㊀㊀㊀南华大学学报(自然科学版)２０１８年４月ｔｈｅｄｉｐａｎｇｌｅｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎ４５ꎬｔｈｅｐｒｉｍａｒｙｃｒａｃｋｉｓｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｒａｃｋ.Ｃｒａｃｋｉｎｉｔｉａｔｉｏｎａｎｄｒｏｃｋｍａｓｓｆａｉｌｕｒｅａｒｅｍａｉｎｌｙｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓ.Ｕｎｄｅｒｉｍｐａｃｔｌｏａｄꎬｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｏｆｓｉｎｇｌｅｊｏｉｎｔｅｄｒｏｃｋｍａｓｓａｎｄｄｏｕｂｌｅｊｏｉｎｔｅｄｒｏｃｋｍａｓｓａｒｅｓｉｍｉｌａｒꎬｔｈｅｙａｒｅｔｅｎｓｉｌｅｆａｉｌｕｒｅꎬａｎｄｔｈｅｍａｉｎｃｒａｃｋｆｏｒｍｓａｒｅｗｉｎｇｃｒａｃｋｓ.ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓꎻｃｏｍｂｉｎｅｄｊｏｉｎｔꎻｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎꎻｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ０㊀引㊀言自然界中的岩体存在着节理㊁裂隙㊁孔隙等复杂不连续面ꎬ在外荷载作用下这些不连续面的边界或尖端将首先产生裂纹并扩展贯通ꎬ最终引起岩体的失稳破坏.随着我国各类隧道工程㊁地下空间工程㊁水利水电工程的大量建设ꎬ各类与岩体失稳破坏相关的工程事故频频发生ꎬ严重威胁着工程人员的生命财产安全.因此ꎬ研究含裂隙岩体在受载情况下的裂纹扩展规律对预防和减少工程灾害事故有重要意义.目前对于含裂隙岩体裂纹扩展规律及破坏形态研究的主要手段有室内试验㊁数值模拟和现场检测三种.其中室内试验是主要研究手段ꎬ但室内试验无法从细观角度研究节理岩体的力学特性和破坏机制.而数值模拟通过建立模型ꎬ改变受力状态从而较为全面的研究节理的力学特性ꎬ能够克服室内试验节理几何特征多样性㊁不可重复性和成本高等难点.室内试验方面ꎬ赵程等[１￣２]采用数字图像技术对含单裂隙的类岩石材料变形破坏特性进行试验与数值模拟研究ꎬ发现４５ʎ节理倾角为张拉裂纹与剪切裂纹相互转变的临界值.Ｌ.Ｎ.ＹＷｏｎｇ等[３￣５]对含缺陷的岩石及相似材料进行试验ꎬ研究了裂纹的类型与扩展模式.肖桃李等[６￣７]研究了三轴应力下单节理与双节理岩体的破坏形态并分析了影响破形态的主要因素.刘刚[８]研究了多节理岩体裂纹特征㊁贯通模式㊁破坏模式㊁应力应变特征等与节理倾角之间的关系ꎬ并将多节理岩体的破坏模式归纳平面破坏㊁块体转动式破坏和台阶式破坏三种类型.数值模拟方面ꎬ有学者[９￣１０]采用室内试验与数值模拟研究结合的方法ꎬ分析了含缺陷岩体的裂纹扩展规律.Ｘｉａ等[１１]采用颗粒流数值模拟方法研究了不同加载方式对岩石变形破坏的影响.杨圣奇㊁黄彦华等[１２￣１３]对双裂隙岩石进行了数值模拟研究ꎬ分析了裂隙长度㊁岩桥长度㊁岩桥倾角与岩样抗拉强度㊁裂纹扩展特性之间的关系.李传明㊁刘万荣等[１４￣１５]采用颗粒离散元程序分析了巷道围岩节理连通率对破坏形态的影响和不同岩性岩体的声发射特征.夏才初㊁宋英龙㊁王德勇等[１６￣１８]采用颗粒离散元程序分析了节理岩体的剪切作用强度和力学行为.目前在单节理岩体强度特征和裂纹扩展规律方面已经取得了很多有意义的成果ꎬ但对于含有不同倾角节理组合的岩体在动静不同荷载下的裂纹扩展规律研究较少.为此ꎬ本文采用颗粒离散元程序ＰＦＣ２Ｄ５.０(ｐａｒｔｉｃｌｅｆｌｏｗｃｏｄｅꎬＰＦＣ)对含单条和两条不同倾角节理组合的类岩体模型在静载和冲击荷载下的破坏形态进行了模拟ꎬ并对比分析两种不同荷载下类节理岩体的强度特征和节理倾角对破坏形态的影响ꎬ从而给岩土工程的安全稳定性评估提供一定的参考.１㊀不同节理倾角岩体试验采用强度为Ｍ２５的水泥砂浆制作边长为１５０ｍｍ的立方体类岩石试件ꎬ用厚度为１ｍｍ的钢片预制贯通节理.单节理试件节理长度为５０ｍｍꎬ节理倾角α为４５ʎ和６０ʎꎻ双节理试件竖向节理长度为５０ｍｍꎬ斜节理长度为３０ｍｍꎬ节理倾角β为７５ʎ.每种类型的试件制作３个ꎬ试件几何参数及加载方式如图１所示.标准养护条件下养护２８ｄ后进行静载与冲击加载试验ꎬ静载使用ＷＡＷ￣１０００Ｃ电液伺服加载系统ꎬ加载速率为５ｋＮ/ｍｉｎꎬ冲击加载使用ＸＪＬ￣９８落锤式冲击试验系统ꎬ落锤重５ｋｇꎬ下落高度为２０００ｍｍ.静载下测得试件物理力学参数见表１.图１㊀模型几何参数Ｆｉｇ.１㊀Ｇｅｏｍｅｔｒｙｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍｏｄｅｌ８３第３２卷第２期孙㊀冰等:动静荷载下类节理岩体裂纹扩展特性研究表１㊀类岩石材料物理力学参数Ｔａｂｌｅ１㊀Ｐｈｙｓｉｃｏ￣ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｒｏｃｋ￣ｌｉｋｅｍａｔｅｒｉａｌ节理类型节理倾角峰值应力/ＭＰａ峰值应变初始弹性模量/ＧＰａ单节理４５ʎ２７.５１.８５ˑ１０－２１.２５６０ʎ２７.０２.００ˑ１０－２２.００双节理７５ʎ２４.０２.００ˑ１０－２１.００对试件进行静载和冲击加载破坏试验ꎬ所得破坏形态图片经二值化处理后如图２所示.静载下节理尖端及附近新生裂纹的类型主要有三类ꎬ翼裂纹㊁次生共面裂纹和次生倾斜裂纹.翼裂纹为张拉裂纹ꎬ通常起裂于节理尖端或附近且迅速向最大主应力方向扩展ꎻ次生共面裂纹是剪切裂纹ꎬ起裂于节理尖端并沿与节理共面的方向扩展ꎻ次生倾斜裂纹为剪切裂纹ꎬ起裂后沿与节理垂直方向扩展[１９].由图２可知静载下节理倾角大于４５ʎ的试件主要破坏模式为剪切破坏ꎬ但裂纹扩展模式不同.图２(ａ)中ꎬ４５ʎ节理试件包含两条裂纹扩展路径ꎬ既有翼裂纹又有次生裂纹.试件图２(ｃ)与图２(ｅ)中节理尖端主要为次生共面裂纹ꎬ起裂后沿剪应力方向扩展ꎬ少数此生共面裂纹起裂后沿最大主应力方向扩展.动载下节理岩体的破坏模式类似ꎬ均为沿最大主应力方向扩展贯通的翼裂纹ꎬ试件破坏主要受张拉应力控制.２㊀数值模拟研究ＰＦＣ为颗粒流程序的一种ꎬ它以圆形(二维)或球形(三维)颗粒的集合来模拟试样ꎬ通过颗粒的运动及相互作用模拟材料的力学特性ꎬ颗粒半径可以按均匀分布或高斯分布ꎬ颗粒间接触的本构模型由刚度模型㊁滑动模型和黏结模型３部分组成.ＰＦＣ通过定义 墙 (ｗａｌｌ)来确定模型边界ꎬ采用牛顿第二定律定义颗粒间的运动.可用于颗粒材料力学性态分析ꎬ如变形及本构关系㊁大变形问题和断裂问题等.本文建立二维数值模型ꎬ尺寸为１５０ｍｍˑ１５０ｍｍꎬ分别在模型中建立单节理(节理长度为５０ｍｍꎬα分别为０ʎ㊁４５ʎ㊁６０ʎ㊁９０ʎ)㊁双节理(竖向节理长度为５０ｍｍꎬ斜节理长度为３０ｍｍꎬβ分别为７５ʎ㊁９０ʎ)ꎬ模型几何参数如图１.图２㊀静载与冲击荷载下试件破坏形态Ｆｉｇ.２㊀Ｆａｉｌｕｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｊｏｉｎｔｅｄｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗｉｔｈｓｔａｔｉｃｌｏａｄａｎｄｉｍｐａｃｔｌｏａｄ通过移动顶部 墙 单元(ｗａｌｌ)来给模型施加荷载ꎬ静载速率为０.０１ｍｍ/ｓ.动载采用单个刚性圆盘单元模拟落锤ꎬ落锤质量为５ｋｇꎬ下落高度２０００ｍｍ.在模型内为了能较好地反映类岩石材料的力学特征ꎬ颗粒间的接触本构采用平行黏结模型.颗粒半径服从高斯分布.模型细观参数见表２.表２㊀ＰＦＣ２Ｄ模拟细观参数Ｔａｂｌｅ２㊀ＭｅｓｏｓｃｏｐｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｉｎＰＦＣ２Ｄ岩体参数颗粒比重/(ｋｇ ｍ－３)颗粒半径/ｍｍ孔隙比摩擦系数切向刚度/(Ｎ ｍ－１)法向刚度/(Ｎ ｍ－１)平行粘结法向刚度/(Ｎ ｍ－１)平行粘结切向刚度/(Ｎ ｍ－１)参数值２６０００.０３~０.０５０.０８０.２５５ˑ１０７１ˑ１０８１ˑ１０８５ˑ１０７９３㊀㊀㊀南华大学学报(自然科学版)２０１８年４月２.１㊀强度与破坏特征分析１)强度特征分析对数值模型施加单轴静荷载ꎬ获得数值模型的应力峰值及应力峰值时刻的应变值见表３.表３中４５ʎ㊁６０ʎ㊁７５ʎ三个模型与其对应的室内试验参数基本吻合ꎬ说明该数值模型参数设置合理ꎬ能较好的反映出试件的物理力学性能.表３㊀模型峰值应力及峰值应变Ｔａｂｌｅ３㊀Ｓｔｒｅｓｓａｎｄｓｔｒａｉｎｓｐｅａｋｓｏｆｍｏｄｅｌ节理类型节理倾角/(ʎ)峰值应力/ＭＰａ峰值应变单节理０２６.８１.６ˑ１０－２４５２７.６２.０ˑ１０－２６０２６.８２.７ˑ１０－２９０２８.０２.５ˑ１０－２双节理７５２４.８１.７ˑ１０－２９０３０.０１.９ˑ１０－２由表３可知ꎬ随着节理倾角的增大ꎬ单节理模型的峰值应力变化不大ꎬ变化幅度不超过５％.而峰值应变却随着节理倾角的增大而增大ꎬ如节理倾角４５ʎ比节理倾角０ʎ试件峰值应变增大２５％ꎬ节理倾角６０ʎ比节理倾角０ʎ的试件峰值应变增大６８.８％ꎬ节理倾角９０ʎ比节理倾角０ʎ试件峰值应变增大５６.３％.说明随着节理倾角的增大ꎬ岩体的塑性变形也逐渐增大.２)破坏形态分析(１)静荷载作用下破坏特征本次模拟中ꎬ节理尖端也出现了上述三种裂纹ꎬ如图３所示.图中数字１表示翼裂纹㊁２表示次生共面裂纹㊁３表示次生倾斜裂纹.图３(ａ)中ꎬ翼裂纹为主要的裂纹形式.水平节理两侧相对运动趋势弱ꎬ节理尖端剪切裂纹发育程度低ꎬ次生倾斜裂纹３起裂后沿模型剪应力集中区扩展ꎬ裂纹萌生发育剧烈ꎬ但其作用范围有限.模型破坏主要受张拉应力控制.图３(ｂ)中ꎬ翼裂纹与次生裂纹发育程度相近ꎬ但次生共面裂纹的扩展贯通导致了模型的最终破坏ꎬ说明模型受剪应力较大ꎬ模型既有剪切破坏又有张拉破坏ꎬ但剪切破坏为主.图３(ｃ)中ꎬ翼裂纹与次生共面裂纹均有萌生扩展ꎬ翼裂纹发育程度不高㊁扩展距离短.次生共面裂纹２沿节理共面方向扩展直模型端部ꎬ直接导致了模型的最终破坏.这表明模型破坏主要受剪应力控制.图３(ｄ)中ꎬ竖直节理两侧产生大量竖向的细小裂纹且有扩展贯通整个模型的趋势ꎬ节理上端翼型裂纹１扩展至模型上端ꎬ说明模型受张拉应力较大.竖直节理两侧产生大量细小裂纹有与节理下端次生裂纹连通的趋势ꎬ模型以拉伸破坏为主.通过以上分析可知ꎬ当节理倾角小于４５ʎ时ꎬ新生裂纹主要为翼裂纹ꎬ当倾角大于４５ʎ时ꎬ新生裂纹主要为次生裂纹ꎬ４５ʎ倾角为两种裂纹的转变角度.图３㊀静载下单节理模型破坏形态Ｆｉｇ.３㊀Ｆａｉｌｕｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅｊｏｉｎｔｅｄｍｏｄｅｌｗｉｔｈｓｔａｔｉｃｌｏａｄ对于双节理模型ꎬ破坏模式则更加复杂.图４(ａ)中ꎬ翼形裂纹发育程度低ꎬ在节理两侧均产生了竖直贯通裂纹ꎬ说明模型两侧张拉应力较大ꎬ模型以拉伸破坏为主.图４(ｂ)中ꎬ模型在外荷载下萌生了大量微裂纹但没有扩展连通ꎬ长节理左下角与短节理右上角为模型的剪应力集中区ꎬ损伤较大.模型以剪切破坏为主.以上分析表明:双节理模型的破坏形态复杂ꎬ破坏主要发生在节理外侧.图４㊀静载下双节理模型破坏形态Ｆｉｇ.４㊀Ｆａｉｌｕｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｄｏｕｂｌｅｊｏｉｎｔｅｄｍｏｄｅｌｗｉｔｈｓｔａｔｉｃｌｏａｄ０４第３２卷第２期孙㊀冰等:动静荷载下类节理岩体裂纹扩展特性研究(２)冲击荷载作用下破坏特征冲击荷载下不同倾角节理模型破坏模式大体相同ꎬ裂纹集中在节理尖端且主要为翼裂纹.这是因为冲击过程中首先节理两侧产生相对滑动趋势ꎬ节理尖端产生应力集中ꎬ萌生裂纹.由于冲击荷载作用时间短㊁能量大ꎬ颗粒吸收能量后来不及传递到模型四周产生侧向膨胀就已经发生了破坏ꎬ产生沿最大主应力方向扩展的翼裂纹.图５(ａ)中ꎬ由冲击加载点开始形成两条翼形贯通裂纹ꎬ绕过节理尖端延伸直至模型底部ꎬ说明水平节理两侧相对滑动趋势弱ꎬ对冲击能量的传递有阻碍作用.图５(ｂ)㊁(ｃ)和(ｄ)中ꎬ模型只在节理尖端产生了翼裂纹ꎬ其他部位均无损伤.模型以拉伸破坏为主.以上分析表明:冲击荷载下单节理模型主要为拉伸破坏且翼裂纹为主要裂纹形式.图５㊀冲击荷载下单节理模型破坏形态Ｆｉｇ.５㊀Ｆａｉｌｕｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｉｎｇｌｅｊｏｉｎｔｅｄｍｏｄｅｌｗｉｔｈｉｍｐａｃｔｌｏａｄ双节理模型在冲击荷载作用下的破坏特征与单节理相似程度高ꎬ模型的破坏模式主要为翼裂纹扩展贯通导致的张拉破坏.图６(ａ)中短节理上下两端翼裂纹扩展贯通最终导致模型破坏.短节理上端次生共面裂纹２扩展至模型端部ꎬ说明模型的破坏也受到剪应力影响ꎬ但影响不大.图６(ｂ)中ꎬ节理两端产生两条翼裂纹１ꎬ扩展至模型端部ꎬ模型以受拉破坏为主.以上分析说明:同单节理模型一样ꎬ两条节理模型在冲击荷载下的主要破坏模式为拉伸破坏.图６㊀冲击荷载下双节理模型破坏形态Ｆｉｇ.６㊀Ｆａｉｌｕｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｄｏｕｂｌｅｊｏｉｎｔｅｄｍｏｄｅｌｗｉｔｈｉｍｐａｃｔｌｏａｄ２.２㊀动静荷载对比分析静荷载与冲击荷载下节理岩体的破坏形态各有差异ꎬ静荷载下加载速度较慢ꎬ模型能充分吸收能量传递至模型四周ꎬ模型内部应力重分布较均匀ꎬ各种裂纹形式均能较好发展ꎬ所以不同倾角节理模型会呈现出不同的破坏模式.而冲击荷载作用时间短㊁能量较集中ꎬ模型受冲击荷载后竖向急剧压缩ꎬ但横向变形来不及完成便已发生破坏ꎬ模型中部受到较大张拉应力.所以破坏均发生在模型中部ꎬ在节理两端产生翼型张拉裂纹.２.３㊀试验与数值模拟对比分析对比室内试验与数值模拟结果可知ꎬ在强度特征方面ꎬ数值模拟与室内试验结果较为吻合ꎬ说明数值模型参数设置合理ꎬ精度较高ꎬ能较好的反映出节理岩体的破坏情况.破坏形态方面ꎬ在静载下ꎬ当节理倾角小于４５ʎ时ꎬ节理岩体裂纹形式主要为翼裂纹ꎬ试件呈张拉破坏.当节理倾角等于４５ʎ时ꎬ试件既有翼裂纹又有次生裂纹ꎬ试件破坏即受张拉应力控制ꎬ又受剪切应力控制.当节理倾角大于４５ʎ时ꎬ主要裂纹形式为次生裂纹ꎬ试件呈剪切破坏.在冲击荷载下ꎬ节理岩体破坏情况类似ꎬ均为沿最大主应力方向扩展贯通的翼裂纹ꎬ试件呈张拉破坏.３㊀结㊀论１)随着节理倾角的增大ꎬ单节理岩体的应力峰值变化不明显ꎬ变化幅度不超过５％.但应力峰值时刻的应变逐渐增大ꎬ说明岩体的塑性变形随着节理倾角的增大而增大.２)静荷载下ꎬ对于单节理岩体ꎬ当节理倾角α＝４５ʎ时ꎬ翼裂纹与次生裂纹均有萌生扩展且为２种裂纹类型转变的临界角度值ꎻ倾角α<４５ʎ时ꎬ新生裂纹主要为翼裂纹ꎬ裂纹起裂和岩体破坏主要受张拉应力控制ꎻ当节理倾角α>４５ʎ时ꎬ新生裂纹１４㊀㊀㊀南华大学学报(自然科学版)２０１８年４月主要为次生裂纹ꎬ裂纹起裂和岩体破坏主要受剪切应力控制.对于双节理岩体ꎬ破坏形态则较为复杂ꎬ既有剪切破坏又有拉伸破坏.且破坏主要发生在两条节理的外侧.３)冲击荷载下ꎬ单节理岩体与双节理岩体的破坏形态类似.由于冲击荷载作用时间很短㊁能量集中ꎬ岩体来不及完成横向变形就已经破坏ꎬ模型中部受张拉应力较大ꎬ所以在节理尖端产生翼裂纹导致模型拉伸破坏ꎬ而在模型其他部位无明显损伤.参考文献:[１]赵程ꎬ田加深ꎬ松田浩ꎬ等.单轴压缩下基于全局应变场分析的岩石裂纹扩展及其损伤演化特性研究[Ｊ].岩石力学与工程学报ꎬ２０１５ꎬ３４(４):７６３￣７６９. [２]赵程ꎬ刘丰铭ꎬ田加深ꎬ等.基于单轴压缩试验的岩石单裂纹扩展及损伤演化规律研究[Ｊ].岩石力学与工程学报ꎬ２０１６ꎬ３５(增刊２):３６２６￣３６３２. [３]ＷＯＮＧＬＮＹꎬＥＩＮＳＴＥＩＮＨＨ.Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｃｒａｃｋｉｎｇｂｅｈａｖｉｏｒｉｎｓｐｅｃｉｍｅｎｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｓｉｎｇｌｅｆｌａｗｓｕｎｄｅｒｕｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ[Ｊ].Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｊｏｕｒｎａｌｏｆｒｏｃｋｍｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄｍｉｎｉｎｇｓｃｉｅｎｃｅｓꎬ２００９ꎬ４６(２):２３９￣２４９.[４]ＨＡＥＲＩＨꎬＳＨＡＨＲＩＡＲＫꎬＭＡＲＪＩＭＦꎬｅｔａｌ.Ｃｒａｃｋｓｃｏａ￣ｌｅｓｃｅｎｃｅｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｃｒａｃｋｓｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｐａｔｈｓｉｎｒｏｃｋ￣ｌｉｋｅｓｐｅｃｉｍｅｎｓｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｐｒｅ￣ｅｘｉｓｔｉｎｇｒａｎｄｏｍｃｒａｃｋｓｕｎｄｅｒｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ[Ｊ].Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｃｅｎｔｒａｌｓｏｕｔｈｕ￣ｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１４ꎬ２１(６):２４０４￣２４１４.[５]ＬＥＥＨꎬＪＥＯＮＳ.Ａｎｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｆｆｒａｃｔｕｒｅｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅｉｎｐｒｅ￣ｃｒａｃｋｅｄｓｐｅｃｉｍｅｎｓｕｎｄｅｒｕ￣ｎｉａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ[Ｊ].Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｊｏｕｒｎａｌｏｆｓｏｌｉｄｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬ２０１１ꎬ４８(６):９７９￣９９９. [６]肖桃李ꎬ李新平ꎬ郭运华.三轴压缩条件下单裂隙岩石的破坏特性研究[Ｊ].岩土力学ꎬ２０１２ꎬ３３(１１):３２５１￣３２５６.[７]肖桃李ꎬ李新平ꎬ贾善坡.含２条断续贯通预制裂隙岩样破坏特性的三轴压缩试验研究[Ｊ].岩石力学与工程学报ꎬ２０１５ꎬ３４(１２):２４５５￣２４６２.[８]刘刚ꎬ姜清辉ꎬ熊峰ꎬ等.多节理岩体裂纹扩展及变形破坏试验研究[Ｊ].岩土力学ꎬ２０１６ꎬ３７(增刊１):１５１￣１５８.[９]程龙ꎬ杨圣奇ꎬ刘相如.含缺陷砂岩裂纹扩展特征试验与模拟研究[Ｊ].采矿与安全工程学报ꎬ２０１２ꎬ２９(５):７１９￣７２４.[１０]蒋明镜ꎬ张宁ꎬ申志福ꎬ等.含裂隙岩体单轴压缩裂纹扩展机制离散元分析[Ｊ].岩土力学ꎬ２０１５ꎬ３６(１１):３２９３￣３３００ꎻ３３１４.[１１]ＸＩＡＭꎬＺＨＡＯＣＢ.Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｒｏｃｋｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｓｉｎｇｃｌｕｍｐｐａｒａｌｌｅｌ￣ｂｏｎｄｍｏｄｅｌｓ[Ｊ].Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｃｅｎｔｒａｌｓｏｕｔｈｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１４ꎬ２１(７):２８８５￣２８９３.[１２]杨圣奇ꎬ黄彦华ꎬ刘相如.断续双裂隙岩石抗拉强度与裂纹扩展颗粒流分析[Ｊ].中国矿业大学学报ꎬ２０１４ꎬ４３(２):２２０￣２２６.[１３]黄彦华ꎬ杨圣奇.非共面双裂隙红砂岩宏细观力学行为颗粒流模拟[Ｊ].岩石力学与工程学报ꎬ２０１４ꎬ３３(８):１６４４￣１６５３.[１４]李传明ꎬ刘万荣.节理岩体巷道围岩稳定性的颗粒离散元分析[Ｊ].中国安全科学学报ꎬ２０１７ꎬ２７(４):１３３￣１３８.[１５]刘万荣ꎬ殷志强ꎬ袁安营ꎬ等.基于颗粒离散元法不同岩性巷道围岩声发射特性和能量演化规律研究[Ｊ].采矿与安全工程学报ꎬ２０１７ꎬ３４(２):３６３￣３７０. [１６]夏才初ꎬ宋英龙ꎬ唐志成ꎬ等.粗糙节理剪切性质的颗粒流数值模拟[Ｊ].岩石力学与工程学报ꎬ２０１２ꎬ３１(８):１５４５￣１５５２.[１７]宋英龙ꎬ夏才初ꎬ唐志成ꎬ等.不同接触状态下粗糙节理剪切强度性质的颗粒流数值模拟和试验验证[Ｊ].岩石力学与工程学报ꎬ２０１３ꎬ３２(１０):２０２８￣２０３５. [１８]王德咏ꎬ王永平ꎬ莫海鸿.含内置裂隙的节理岩体的剪切行为数值模拟[Ｊ].地下空间与工程学报ꎬ２０１６ꎬ１２(增刊２):４８８￣４９２ꎻ５０９.[１９]ＢＯＢＥＴＡ.Ｔｈｅｉｎｉｔｉａｔｉｏｎｏｆｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｒａｃｋｓｉｎｃｏｍ￣ｐｒｅｓｓｉｏｎ[Ｊ].Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆｒａｃｔｕｒｅｍｅｃｈａｎｉｃｓꎬ２０００ꎬ６６(２):１８７￣２１９.(责任编辑:扶文静)２４。
(完整版)实验三岩石的剪切强度试验
实验三 岩石的剪切强度试验一、实验目的与要求岩石在剪切载荷作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力称为岩石的抗剪切强度，是反映岩石力学性质的重要参数之一。
剪切实验根据剪切面上有无正应力分为直剪实验和压剪实验。
通过采用压剪实验即角模压剪实验测得岩石的内摩擦角和黏聚集力。
通过本实验要了解标准试件的加工机械、加工过程及检测程序了解岩石抗剪实验所用模具的结构组成、掌握实验过程及实验数据处理的方法。
二、实验仪器 （一）设备1. 材料实验机。
2. 岩石试样加工机械：锯石机、磨石机或磨床。
3. 变角剪切夹具。
（二）量具1. 游标卡尺，精度0.02mm 。
2. 钢板尺。
3. 直角尺。
4. 百分表架。
5. 百分表。
6. 水平检测台。
三、试件规格、加工精度、数量 (一) 标准试件采用5cm ×5cm ×5cm 的正方形试件。
(二) 加工精度1. 试件各边长公差不得超过+0.3−0.1mm2. 两端面不平行度不大于0.1mm 。
3. 相邻两平面的不垂直度：将试件放在水平检测台上，用直角尺紧贴试件垂直边侧，要求两者之间无明显缝隙 (三) 试件数量应根据实验方式确定，当取5个以上的剪切角度，每个角度下做一个试件的剪切试验时，所需试件最低数量为5个；当取3个角度，每个角度下做3个试件的剪切实验，取其算术平均值时，所需试件最低数量为9个。
当采取第二种实验方式时，在计算平均值的同时，应计算偏离度。
若偏离度超过20%，则应增补试件数量，使偏离度不大于20%。
四、实验原理通过变角剪切夹具作用在试块上的力P 可分解为与剪切面垂直的正应力和与剪切面平行的剪应力。
当P 大到某一值时，剪应力大于岩石的黏聚力与因正应力而产生的摩擦力之和时，岩石即被剪切破坏。
此时，可通过已知的α值和破坏载荷P ，计算得到几组正应力σ和剪应力τ，最终通过绘图和计算求得岩石的黏聚力C 与内摩擦角ψ。
五、实验内容1. 了解标准试件的加工机械、检测机具，规程对尺寸和精度的要求及检测方法；2. 学会材料实验机的操作方法及变角剪切模具的使用方法；3. 学会变角剪切实验方法，岩石的内摩擦角及黏聚力的计算方法。
CUMT-中国 矿大-岩层控制实验-实验3 岩石的剪切强度2
实验3 岩石的剪切强度一、实验目的与要求岩石在剪切载荷作用下达到破坏前所能承受的最大剪应力成为岩石的抗剪切强度，是反映岩石力学性质的重要参数之一。
剪切试验根据剪切面上有无正应力分为直剪实验和压剪实验。
通过采用压剪实验即角模压剪实验测得岩石的内摩擦角和黏聚力。
本实验要了解标准试件的加工机械、加工过程及检测程序，了解岩石抗剪实验所用模具的结构组成、掌握实验过程及实验数据处理的方法。
二、仪器、设备及工具（一）设备（1）材料试验机。
（2）岩石试样加工机械：锯石机、磨石机或磨床。
（3）变角剪切夹具（二）量具（1）游标卡尺，精度0.02mm（2）钢板尺。
（3）直角尺。
（4）百分表架。
（5）百分表。
（6）水平检测台。
三、试件规格、加工精度、数量和含水状态（1）标准试件采用正方立方体，规格5cm*5cm*5cm。
（2）加工精度：①试件各边公差不得超过+0.3/-0.1mm②两端面不平行度不大于0.1mm③相邻两平面的不垂直度：将试件放在水平检测台上，用直尺紧贴试件垂直侧边，要求两者间唔明显缝隙。
（3）试件数量应根据试验方式确定，当取五个以上的剪切角度，每个角度下做一个试件的剪切实验时，所需试件最低数量为5个；当取3个剪切角度，每个角度下做3个试件的剪切试验，取其平均值时，所需试件最低数量为9个。
当采取第二种试验方式时，在计算平均值同时，应计算偏离度。
若偏离度超过20%，则应增补试件数量，使偏离度不大于20%。
（4）试件汗水状态按mt44-87<< 煤和岩石单向抗压强度及软化系数测定方法>>第2.4条规定执行。
四、实验步骤（1）核对岩石名称和岩样编号，对试件颜色、颗粒、层理、节理、裂隙、风化程度、含水状态以及加工过程中出现的问题进行描述，并填入记录表内。
（2）在45度~65度范围内选择三个火五个以上剪切角度。
按照不同的角度将试件分组编号，并在试件上画出剪切线。
（3）检查试件加工精度，测量试件尺寸，按剪切方向长、宽各测两次，取算术平均值，填入记录表内。
动载作用下岩石强度的极限分析
动载作用下岩石强度的极限分析为进一步探索岩石力学中强度理论与变形破坏规律的内在联系,将岩石在动、静载荷作用下的理论模型与实验现象统一起来,使理论计算和室内实验更好的应用于工程实际。
本文依次从准静载,冲击动载和爆炸动载三个方面,通过理论分析和实验室试验两个角度,以统一的极限分析方法开展了岩石强度和损伤特性的研究工作,主要得到以下结论:基于极限分析原理,推导了常规单轴压缩加载时,岩石粘聚力C和内摩擦角φ与单轴压缩破坏形式之间的理论关系式。
归纳总结出岩石在单轴压缩实验中出现的以剪切应力主导的三种典型变形破坏形式,分别为贯穿试件两端的主剪切面破坏形式、圆锥面加拉伸裂纹破坏形式和轴向拉伸劈裂破坏形式。
通过计算岩石剪切破坏面面积,运用极限分析方法,得到了准静载下岩石单轴抗压强度的极限分析上限解:该式说明了岩石宏观破坏形式与抗压强度间的对应关系,其中岩石粘聚力C和内摩擦角φ是影响岩石单轴抗压强度的关键因素。
在实验室完成了取自安徽省张集煤矿的多种岩石单、三轴岩石力学性能实验,研究发现:对于每一种岩石试样,采用三种可能出现的单轴剪切破坏形式进行理论计算,得到的结果与实验直接得到的岩石单轴抗压强度相比,二者平均误差约为10%;对于某一组岩石试样的单轴压缩结果,总能找到相应的破裂形式与之对应,将实际产生的宏观破坏面积并入计算中,二者的误差稳定缩小至6%左右。
基于理论分析和实验室试验,建立了一种针对Mohr-Coulomb强度理论中粘聚力C和内摩擦角φ取值的反演分析方法。
既然准静载下岩石强度和变形破坏形式间有稳定的相关性,通过对单轴压缩结果的分类计算,可以列出两组以上包含岩石粘聚力C和内摩擦角φ的二元一次方程,求解该二元一次方程组即可获得相应的未知量。
再次,采用取自山西省贾郭煤矿和四川省某采石场的多组岩样进行实验验证,对于同一个取芯钻孔中的岩石试样,其物理力学性质十分接近,实验后形成的宏观破坏形式比较一致,岩石的单轴抗压强度也与宏观破坏形式有良好的对应关系。
不同含石量下泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制
不同含石量下泥岩土石混合体剪切特性及细观破坏机制泥岩土石混合体是由泥岩和土石材料组成的一种多相材料。
含石量是指泥岩土石混合体中石材料的体积比例。
泥岩土石混合体的剪切特性和细观破坏机制受到含石量的影响。
在含石量较低时，泥岩土石混合体的强度较低，剪切特性表现为剪切强度低、剪切刚度较高、剪切变形较大。
在含石量较高时，泥岩土石混合体的强度较高，剪切特性表现为剪切强度高、剪切刚度较低、剪切变形较小。
含石量较低时，泥岩土石混合体中石材料相对较少，土体主要以粘土为主要组分，因此剪切强度较低。
而含石量较高时，泥岩土石混合体中石材料相对较多，石体与土体之间形成了较多的接触面，增加了颗粒间的摩擦作用，因此剪切强度较高。
含石量的增加会导致泥岩土石混合体的剪切刚度降低，主要是由于石材料的刚度较低，其对土体的约束作用较弱。
剪切变形则取决于土体的可变形性质和石体的抵抗变形能力，如果含石量较低，泥岩土石混合体的可变形性较强，剪切变形较大。
泥岩土石混合体的细观破坏机制与含石量密切相关。
在含石量较低时，泥岩土石混合体的细观破坏机制主要是粘土的剪切失稳和剪背滑移，粘土颗粒之间发生层间滑移，导致土体整体失稳。
在含石量较高时，泥岩土石混合体的细观破坏机制主要是石材料的破碎和剪切带形成。
当外加载荷作用于泥岩土石混合体时，石材料会因为受到较大的压力而发生破碎，石体与土体之间的接触面积增加，形成剪切带。
石材料的破碎也会导致泥岩土石混合体的强度增大。
不同含石量下泥岩土石混合体的剪切特性和细观破坏机制存在显著差异。
随着含石量的增加，泥岩土石混合体的强度增大，剪切刚度降低，剪切变形减小。
石材料的破碎和剪切带的形成也会增加泥岩土石混合体的强度。
这些研究对于工程领域中的土石工程设计和施工具有重要的指导意义。
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以水 泥 砂 浆 为 相 似 材 料 ， 制 作 有 ３种 起 伏 角 、 ３种 岩 壁 强 度 的 共 ９组 人 工 岩 石 节 理 试 件 。 在 不 同法 向 应 力 条 件下 ， 对 ９组试 件 通 过 施 加 随 机 荷 载 序 列进 行 循 环 剪 切 试 验 ， 考 察 节 理 剪 切 强 度 的 变化 规 律 。 结 果 表 明 ， 在 随
第 ３ ８卷 第 ４期 ２ ０ １ ５年 ８月
武
汉
科
技
大
学
学
报
Ｖｏ １ ． ３８， Ｎｏ ． ４ Ａｕｇ ． ２０ １５
Ｊｏ ｕ ｒ ｎ ａｌ ｏ ｆ Ｗ ｕ ｈａ ｎ Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
岩石 节理 的力 学特 性是 岩体 工 程安 全性 的控 制 因素之 一 。桥 梁 、 隧 道 等 交 通 构 造 物 的基 础 除 了承 受其 自身 重 量 外 ， 主 要 还 承 受 长期 的 随机 车
辆荷 载作 用 ， 基 础岩 石 节 理 的动 态 力 学 特 性 是 确
１ 随机 车辆 荷 载谱 的模 拟
率 随 节 理 起 伏 角 的增 大 、 法 向 应 力 的增 加 和 岩 壁 强 度 的 降 低 而加 快 。
关键 词 ： 岩 石 节理 ；剪 切 强度 ； 随机荷载 ； 循 环 剪 切 ；强 度 劣 化 中图分类号 ： ＴＵ４ ５ ２ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ４ — ３ ６ ４ ４ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ４ — ０ ３ １ ２ — ０ ４
用， 在 实 际数据 采集 时 ， 主 要 是 获 取 随 机 车 流 作 用
率载 荷作 用 下岩 石 节 理 本 构 关 系 ， 模 拟 出 不 同条 件下 的节理 本 构 关 系式 ； 左 宇 军 等 研 究 了 受 静
载荷 的岩石在 周 期荷 载作 用下 的破 坏模 式 。
下 的桥 梁 基 础反 力 响 应 。 以某 一跨 径 为 １ ６ ｍ 的 桥 梁结 构 为研究 背 景 ， 该 桥 总宽 为 ８ ． ５ ｍ， 上部 结
和车辆 荷 载 ， 分别 用 于计 算 不 同 的桥 梁 构 件 。这
两 种荷 载都 是在 静 载基 础 上 考 虑 冲击 影 响 ， 并 没
用有 规律 的周 期循 环荷 载进 行加 载 试验 来 获得一 些定 量结 果 。朱小 明 、 刘博 等口 别采用人 工 节 理试
件研 究循 环 剪 切 荷 载 下 岩 石 节 理 强 度 的劣 化 规
日常使 用过 程 中 ， 桥 梁 上 通 行 的车 流 是 一 个 随机过 程 ， 车型、 车重、 车 间距 均 随 时 间 而 变 化 。 设 计公 路桥 涵 时 ， 采 用 的 汽 车荷 载分 为车 道 荷 载
保 其 结构 安全 的重要前 提 。
目前 关 于岩石 节理 力 学特 性 的研究 主要 是采
性， 结果 表 明随着 剪切 变 形速 率 的增加 ， 试 件 的峰 值剪 切 强度 明显 降低 。李 夕兵 等 研究 了不 同频
地基 ， 都 会 导 致分 析 结 果 偏 离 实 际 。要 真 实 反 映 结 构在 动态 随 机 车 辆荷 载 作 用 下 的力 学 特 性 ， 必
须 考虑 车辆 荷 载参 数 的 随机 性 ， 充分 调 查 交 通 荷 载 状况 ， 统 计分 析交 通流 各个 参数 ， 综 合模 拟接 近 实际运 营 状态 的交 通流 。 本 文 基础 岩石 节理 特性 研究 重 点考 虑压 力作
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有 完全 体现 动态 随 机荷 载 的特性 。以此 为基础 的
力 学理 论分 析 ， 无 论 对 于 桥 梁结 构本 身还 是 结 构
律， 分析 了不 同 因素对 节 理剪切 强 度 的影 响 ， 研究 表 明岩石 节理 遭 受 周 期 性 的 磨 损 和钝 化 ， 其 抗 剪 力学 参数 逐渐 劣 化 ， 表 面粗 糙度 明显 降低 ， 从 而 加 剧 了岩体 沿节 理 （ 结构 ） 面 的错 动 和滑移 。李 海 波 等＿ ４ 分析 了不 同 剪 切 速 率 下 岩 石 节 理 的 强 度 特
比较 准 确地模 拟 车辆 荷 载对 岩石 节理 剪切 强度 的 影响， 本 文采 用 实 际车辆 荷载 谱进 行加 载 ， 分析 岩
石节 理 剪切 强度 的影 响 因素 及 变 化 规 律 ， 以期 为
力 。连续 采集 ２ ４ ｈ内该 桥 在 汽 车 荷 载 作 用 下 的
机 车 辆 荷 载 序 列 的作 用 下 ， 岩 石 节 理 的峰 值 剪切 强 度 与 节 理 起 伏 角 、 法 向应 力 以及 岩 壁 强 度 均 呈 正 相 关 关 系 ； 岩 石 节 理 剪 切 强度 随循 环加 载 次 数 的 增 加 而 降低 ， 且呈现 先快后慢 的变化趋 势 ； 岩 石 节 理 剪切 强 度 的 劣 化 速
随 机 荷 载 作 用 下 岩 石 节 理 剪 切 强 度 特 性 研 究
严 园 ， 邹兰林 ， 周兴林 ， 谢 旭 飞
（ 武 汉科 技 大 学 汽 车 与 交 通 工 程 学 院 ， 湖北 武汉 ， ４ ３ ０ ０ ８ １ ）
摘要 ： 连 续采 集 某桥 梁在 随 机 车 流 经 过 时 的基 础 支 座 反 力 ， 以该数据 为样 本来模 拟桥 梁的随机 车辆 荷载 谱。
构 采 用单 板 宽 １ ｍ 的空 心 板 ， 横 向共 ８块 板 。在 第 ５块板 下 面 的 支 点 处 布 置 压 力 传 感 器 ， 如图 １
所示 ， 安装 传感 器 时 赋 予 其 一 个 足 够 小 的初 始 压
上 述研 究所 采用 的周 期荷 载 无法 真实 反 映实
际工 程 中岩 石 节 理 的动 态 力 学 特 征 。因 此 ， 为了