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不同剪切速率下节理的力学特性研究

冯海鹏  
【摘要】: 不同剪切速率下节理的强度和变形特性是地震作用下岩体结构响应及安全评价的重要参数。本文通过RMT-150C电伺服实验机,利用人工浇注的混凝土节理试样,系统研究了不同剪切速率下各种起伏度节理的强度和变形特性。实验结果表明:试样的峰值剪切强度随着剪切速率的增大有减小的趋势,随着剪切速率的增大减小的幅度变小;试样的剪切刚度随着剪切速率的增大而增大,随着剪切速率的增大增加幅度减小。在不同剪切速率的情况下,试样的峰值剪切强度随着起伏角度的增大而增大,起伏角度越大的节理试样越容易发生“啃断效应”,剪切过程中凸台常被直接剪断,起伏度小时,剪切过程中常以磨损破坏为主;在不同剪切速率的情况下,试样的剪切刚度随起伏角度的增大而增大。在不同剪切速率的情况下,试样的峰值剪切强度随法向应力的增大而增大,基本成线性关系,发生剪断破坏时,法向应力越大越容易从靠近根部处直接剪断,剪胀现象越不明显,发生磨损破坏时,法向应力越大凸台磨损越厉害,凸台甚至被直接磨碎;在不同剪切速率的情况下,试样的剪切刚度随着法向应力的增大而增大,基本成线性关系。 基于实验,本文提出了不同剪切速率下节理的强度和变形模型,在L.Jing的峰值强度理论的基础上进行了改进,考虑了剪切速率的影响及tan(φr +α)项的非线性特征,提出了考虑不同加载条件和节理类型的强度模型;基于Barton和Choubey(1977)建议的剪切刚度公式,对当剪切位移接近节理面长度1%时剪切应力就达到了峰值剪切强度的假设进行了修正,认为这个长度与加载条件和节理面起伏特征有关系,从而提出了新的变形模型。 另外,基于UDEC离散元程序,本文对不同加载条件下的节理的剪切力学特征进行了数值模拟,模拟结果与实验有较好的吻合性,表明UDEC可以对节理的动态剪切特性进行模拟。


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