硬性接觸型巖體結(jié)構(gòu)面剪切特性及邊坡穩(wěn)定性分析.pdf

1、硬性接觸的粗糙起伏型巖體結(jié)構(gòu)面廣泛發(fā)育于硬質(zhì)巖體斜/邊坡中,其剪切力學(xué)性質(zhì)對邊坡穩(wěn)定性具有重要影響。由于巖體結(jié)構(gòu)面現(xiàn)場直剪試驗(yàn)及取樣比較困難,很難開展大尺寸巖體結(jié)構(gòu)面剪切試驗(yàn)。
　　論文依托國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(No.41172243)的資助,基于巖體結(jié)構(gòu)面野外調(diào)查測量及室內(nèi)加卸荷試驗(yàn)巖石試件主破裂面的高精度三維激光掃描研究了硬性接觸型巖體結(jié)構(gòu)面表面的宏-細(xì)觀起伏形態(tài)特征,進(jìn)而利用二維顆粒流(PFC2D)程序從細(xì)觀角度模擬研究

2、了起伏角及法向應(yīng)力對貫通型鋸齒狀巖體結(jié)構(gòu)面以及臺(tái)階高長比對貫通型單臺(tái)階狀巖體結(jié)構(gòu)面的剪切變形及強(qiáng)度影響規(guī)律,并將研究得到的經(jīng)驗(yàn)強(qiáng)度公式應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性的極限平衡法計(jì)算。研究成果不僅豐富了巖體結(jié)構(gòu)面剪切力學(xué)性質(zhì)及參數(shù)取值的巖體力學(xué)理論,也可為鋸齒狀和臺(tái)階狀巖體結(jié)構(gòu)面所控制的邊坡穩(wěn)定性評價(jià)提供有益參考。主要研究成果如下:
　?、賻r體結(jié)構(gòu)面表面起伏形態(tài)可概化為平直狀、臺(tái)階狀、鋸齒狀和波浪狀四類。其粗糙度具有方差自相似性,可以用結(jié)構(gòu)面剖面

3、垂直方向的方差σ2D來描述結(jié)構(gòu)面二維粗糙度系數(shù),用整個(gè)結(jié)構(gòu)面粗糙高度的方差σ3D來描述結(jié)構(gòu)面三維的粗糙起伏。大理巖卸荷破裂面粗糙高度分布近似符合高斯函數(shù)分布規(guī)律,粗糙高度分布的偏度sk大多小于0,向右邊偏斜較大。
　?、阡忼X狀結(jié)構(gòu)面的剪切變形模式可分為爬坡、爬坡啃斷和啃斷3種基本類型,隨著鋸齒起伏角和法向應(yīng)力的增大,逐漸由爬坡、爬坡啃斷向啃斷模式演變,且這種遞變隨起伏角和法向應(yīng)力具有近對稱矩陣分布特征。鋸齒狀巖體結(jié)構(gòu)面的剪切強(qiáng)度隨

4、法向應(yīng)力及起伏角的增大均近線性增加,建立了同時(shí)考慮鋸齒狀結(jié)構(gòu)面爬坡和啃斷效應(yīng)的剪切強(qiáng)度經(jīng)驗(yàn)公式。
　?、叟_(tái)階狀結(jié)構(gòu)面的損傷破壞模式可分為壓切破壞和張剪破壞兩種類型,隨著臺(tái)階高長比 H/L的增大,結(jié)構(gòu)面剪切過程中彎矩作用比例逐漸增大張性破壞成分逐漸增多,變形模式逐漸由壓切破壞模式轉(zhuǎn)換為張剪破壞模式。結(jié)構(gòu)面最先在臺(tái)階角點(diǎn)處產(chǎn)生宏觀裂紋,隨著裂紋擴(kuò)展方向的不同而逐漸轉(zhuǎn)化為兩種不同的損傷破壞模式。針對實(shí)際巖體結(jié)構(gòu)面臺(tái)階高長比H/L常較小(