加锚异性结构面剪切破坏及声发射特征研究

自然界中广泛存在着两侧岩性不同的结构面,工程中常用锚杆抑制结构面的滑动。为了研究加锚异性结构面的直剪特性,开展了室内直剪试验,结合声发射监测结果,探讨了加锚异性结构面的抗剪强度、破坏类型及裂隙演化规律。研究结果表明:随着加锚异性结构面弱侧壁岩强度增加,抗剪强度呈非线性增加趋势,结构面加锚时的抗剪强度相比未加锚时依次提高了200%、267%、303%,破坏类型依次为剪切、拉剪、劈裂,且主裂纹方向与剪切方向基本一致;加锚异性结构面剪切—位移曲线分为压密、弹性、屈服、破坏4个阶段,压密阶段锚固剂出现挤压破坏,弹性阶段岩体与锚杆挤压处出现裂隙,屈服阶段锚杆承担主要抗剪力且发生了变形,破坏阶段岩样被剪碎;当结构面弱侧壁岩强度较低时,声发射事件集中在弹性阶段,当其壁岩强度较高时,声发射事件集中在屈服阶段;随着结构面弱侧壁岩强度增加,当λ<1时岩样产生大尺度剪切裂隙,当λ≥1时岩样产生小尺度剪切裂隙。     

海南铁矿岩质边坡滑动面强度分析

<正> 在岩石边坡稳定性分析中,正确的确定滑动面强度,对于提高工程的可靠性、经济性具有重要意义。滑动面强度是综合强度,它主要由岩体抗剪强度和弱面抗剪强度所组成。因为滑动面包含有无数条节理面、软弱结构面、岩石剪切面。滑动面的性质是由地质条件所决定,起主要作用的是节理面、软弱面。一般滑动面宏观来看可能是全部穿过节理面或者是剪断完整岩体;实际上全部穿过节理面的滑动面也含有剪断完整岩体部     

结构面抗剪强度的分形几何研究

将分形几何学引入到岩体结构面粗糙度和抗剪强度研究中，使结构面粗糙度和抗剪强度的估算更客观，并进一步指出了测算结构面分维的有用模型应该是自仿射分形而不是目前广泛应用的自相似分形。     

综合评价法确定岩质顺向坡软弱结构面的强度参数

岩质边坡的勘察相对较为简单,不像土质边坡那样当岩土结构复杂时使得勘察较为困难,但当岩质边坡为顺向坡、且有软弱夹层时,其软弱结构面抗剪强度指标的确定一直是勘察人员难以把握的问题。结合工程实例,通过结构面大型现场直剪试验、规范查表法及反算法等综合评价法,确定了岩质边坡软弱结构面的抗剪强度指标,并对各方法进行了详细的介绍和分析,以供类似工程作对比参考。     

合规快速确定岩体抗剪断强度的方法

从岩体、岩石、结构面抗剪强度的区别出发,介绍了岩体剪切强度在不同情况下分别由岩石、结构面的抗剪强度控制,从而讨论岩体剪切强度的几种类型。针对工程重要性低、工程周期紧张的建设项目,专门梳理了相关规范、标准,结合工程经验,提出了合规快速确定工程建设项目岩体抗剪断强度的流程和方法,从而满足设计和施工图审查要求,确保工程安全。     

剪胀情况下抗剪强度的公式推导

结构面在岩体中广泛存在着,结构面往往对岩体尤其是坚硬岩体的力学性质起着决定性因素。考虑上覆压力(正压力)不大的情况下,在锯齿状无充填结构面的基础上,对形似正余弦曲线无充填结构面的抗剪强度做了公式推导,并将其推广到任意曲线的情况。     

不同剪切速率下软弱结构面抗剪特性分析

为分析不同法向应力与剪切速率情况下软弱结构面的剪切行为,通过数值计算软件建立含软弱夹层的锯齿形软弱结构面模型,模拟不同加载条件下的结构面直剪试验,探讨其抗剪过程中峰值前后的应力应变关系,建立抗剪强度τ与法向荷载σn以及剪切加载速率ν的关系式。结果表明:在相同正应力情况下,随着剪切加载速率的增大,峰值位移呈线性增大趋势;加载速率的变化对峰值后的应变软化阶段有明显的影响,随着加载速率的增大,应变软化阶段应力下降速率先增大后减小,并且剪切速率在0.25mm/step的时候达到最大值。随着加载速率的增大,抗剪峰值强度τ1呈线性增大趋势,残余强度τ2呈线性减小趋势。τ2/τ1呈近乎线性减小趋势,变化范围在0.95～0.3;得到软弱结构面抗剪强度与法向荷载以及剪切速率的关系式:τ=m+νtanβ+τntanθ+nνσ_n+lν~2σ_n。     

岩体结构面锚固剪切特性的数值分析

为了探讨锚杆加固情况下,岩体结构面的力学和变形特征,利用数值分析方法建立结构面直剪三维计算模型,分别改变结构面的表面形态和锚杆倾角,分析其对于结构面强度和变形特征的影响,结果表明：结构面加锚后,剪切强度得到提高,并且等效黏结力的提高幅度较大;结构面起伏角为0时,锚杆倾角为15°对应的剪切强度最大;随着锚杆倾角的增大,试样的剪切强度逐渐减小;结构面起伏角为17°时,剪切强度最大值均出现在锚杆倾角为30~50°的范围内。     

原位剪切试验在工程滑坡勘察中的应用

岩土体的抗剪强度指标，尤其是作为薄弱层的岩体结构面的抗剪强度，在滑坡稳定分析中起着至关重要的作用。现场原位剪切试验，试样受扰动小，试验状态与岩土体所处真实状态较为吻合，得到的参数也更加真实，是滑坡勘察原位测试的重要手段之一。适用于测定边坡的岩土结构面、岩土接触面、滑动面以及含碎石黏土的混合土层和其他粗颗粒土层的抗剪强度。重庆华宇·观澜华府项目工程滑坡勘察，在现场做原位剪切试验的同时，采集原状样品进行室内直剪试验，获取2种不同试验下的抗剪强度参数，分别取用2种参数对不同工况下的滑坡体进行稳定性分析计算，并与滑坡体的实际变形特征进行比较，从而验证了原位剪切试验确定岩土体抗剪强度参数的合理性，可为类似工程提供参考和借鉴。     

利用抗剪强度计算地基承载力特征值方法探讨

利用不同地层情况的计算实例,分别采用抗剪强度指标厚度加权平均法和附加应力面积法对地基承载力特征值进行计算,对计算结果进行分析,对不同的计算方法的理论原理进行了剖析,提出利用附加应力系数法计算抗剪强度指标标准值的结论。同时提出抗剪强度指标应采用不固结不排水剪指标,当持力层为粉土时应对其抗剪强度指标进行75%的折减的方法和建议。为合理利用抗剪强度指标计算地基承载力特征值提供了有益的参考。     

节理裂隙边坡锚注加固抗剪切效应研究

通过对节理边坡锚注加固力学模型的理论推导, 得出锚注加固能够提高节理抗剪强度和抗剪刚度的结论。借助对各种状态节理的模拟剪切试验对比分析, 验证了理论推导的结果; 经过对节理剪切试验全程曲线的分析, 总结阐述了边坡锚注加固的抗剪切效应特性, 指出随锚杆与剪切面的夹角不同, 节理面抗剪强度的变化规律; 锚杆与注浆胶结体抗剪强度的同步发挥程度与锚杆配筋率有关, 从而为节理裂隙边坡锚注加固工法的推广, 提供了理论和实验依据。     

原状黄土节理抗剪强度试验研究

黄土节理的剪切强度特性对于含节理黄土工程的稳定性有重要影响,为此在大量野外调研的基础上,采集典型黄土节理土样,首先对不同节理表面形态进行分类以制备试样,然后采用室内直剪试验研究了含水量对黄土节理剪切强度参数的影响规律,并与室内大型直剪试验对比,研究尺寸效应对剪切强度的影响,最后依据试验结果研究了节理剪切应力-位移规律。研究表明:黄土节理的抗剪强度关系符合摩尔-库伦准则,且黏聚力可忽略不计;随含水量的增加,黄土节理峰值内摩擦角最初的变化幅度较小,当大于某个含水量值时,峰值内摩擦角减小幅度变大,其变化规律可用指数形式进行描述;试样尺寸主要影响节理面起伏度对剪切强度的贡献,尺寸越大,其剪切强度也越大;其剪切应力-位移曲线属非线性屈服剪切型曲线,并构建了本构模型,对初始剪切刚度研究发现其随含水量增加减小,随正应力增加呈线性增加。     

含两组交叉节理砂岩强度及破坏特征离散元分析

为研究含两组交叉节理岩体强度及破坏特征,采用一组经室内试验标定的砂岩细观参数,建立含两组交叉节理岩体颗粒流模型,进行单轴压缩和三轴压缩模拟。基于模拟结果,分析了节理数量、节理倾角和围压对含两组交叉节理岩体强度及破坏特征的影响。结果表明：① 与完整岩石相比,节理岩体强度明显降低。峰值强度随着节理数量的增加近似线性减小,随着节理倾角的增大呈先减小后增大非线性变化趋势,而随着围压的增大而提高;② 节理岩体表现为张性破坏、沿节理滑移破坏、穿节理剪切破坏、张性滑移破坏及剪切滑移破坏等5种破裂模式;③ 节理数量增加会加剧试样破坏程度,但不改变其破裂模式。单轴压缩下,当节理倾角较小时主要发生张性破坏,随着倾角的增大,表现为张性剪切或沿节理面滑移破坏。在围压作用下,试样表现为剪切破坏或剪切滑移破坏。最后从细观层面探讨了节理岩体宏观裂纹的细观位移场分布特征。     

岩体结构面不同剪切方向的抗剪强度模拟试验研究

用混凝土模具模拟具有方向性的岩石节理面,并在剪切仪上沿不同方向进行剪切试验,测得一系列数据,通过回归分析,建立了节理面抗剪强度与剪切方向角之间的经验公式,总结出了具有方向性的岩石节理面抗剪强度随剪切方向角的变化规律。     

晋城无烟煤结构面剪切参数的试验测定与估算方法

为研究晋城无烟煤的煤体结构面剪切强度及相关参数,通过对取自寺河煤矿3号煤层的含结构面煤体试样进行不同法向应力下的直剪试验,并对结构面形貌进行三维摄影测量,得到了剪切强度的试验值及估算值。试验结果表明:在低法向应力水平下,煤体结构面的法向刚度取值为13. 0～39. 2 GPa/cm,剪切刚度取值为3. 1～26. 6 GPa/cm,中等法向应力水平下,煤体结构面的法向刚度取值为13. 8～62. 0 GPa/cm,剪切刚度取值为4. 3～18. 2 GPa/cm,煤体结构面黏聚力平均值0. 67 MPa,峰值摩擦角平均值37°,同时结构面法向刚度、剪切刚度、剪切强度都随法向应力增大而增大,实验结果可为数值模拟中参数的选取提供一定参考。对比估算剪切强度值与试验剪切强度值表明,运用JRC-JCS模型能较好的预测煤体结构面剪切强度。     

预制非贯通单组裂隙岩石模型力学参数的实验研究

开展裂隙岩体破坏的力学特性的研究始终是岩体力学研究领域的重要课题,预制裂隙岩石模型是了解和掌握岩石破坏机理的一条重要途径,本文预置裂隙的水泥砂浆试块模拟节理发育的裂隙岩石,通过单轴压缩试验与剪切试验研究节理影响下的岩石力学参数的变化,并演示了裂隙的扩展贯通过程。研究表明：(1)岩体内部节理面的张开扩展延伸直至贯通从而引起非贯通节理岩体的破坏。(2)岩石模型的单轴抗压强度随着节理角度的增加逐渐下落,在节理角度达到45°时,试块的单轴抗压强度出现最小值,随后开始反向增大。(3)岩石模型单轴抗压强度与节理贯通率的关系满足一定的关系式,单轴抗压强度随着节理贯通率的增大而不断降低。(4)随着法向应力的增加,裂隙岩石模型的峰值剪应力也相应线性增大,当节理面存在充填物时会一定程度上会提高裂隙岩石的强度。这为裂隙岩石的破坏机理提供了重要的参考依据。     

破碎岩体结构面剪切强度确定方法

针对破坏岩体室内力学试验试样制备困难、剪切强度参数难以获取的问题开展研究。通过理论分析,提出一种基于试样重建的剪切强度试验方法,采用环氧树脂灌模包裹试验岩块,按不同角度要求制样,参考变角剪试验开展剪切试验,通过室内试验对华兴铝土矿破碎岩体结构面的剪切强度进行测定,得到其黏聚力为2.44 MPa,内摩擦角为23.5°。研究结果表明:华兴铝土矿破碎岩体结构面的剪切强度与现场实际相符,验证了该方法的实用性,该方法能够获取破碎岩体结构面的剪切强度,为其它矿山提供借鉴。     

岩体结构面剪切强度模型研究进展

结构面剪切强度是结构面最主要的力学性质。近半个世纪以来,相关领域学者对结构面剪切强度模型进行了深入研究,取得了丰硕成果。首先,系统地总结了结构面剪切强度模型研究现状,并介绍了各剪切强度模型的特点。然后从剪切强度的本质特征、实用性、研究热点对模型进行了分析评价。最后分析认为:①在结构面剪切强度影响因素中,形貌特征最为复杂、定量化最为困难,特别是在各向异性表征方面仍需做大量研究工作;②结构面形貌各向异性和尺寸效应表征参数的合理性需力学试验来验证,3D打印技术的应用,可有效解决岩体结构面不可重复试验的困难,有望在结构面各向异性、尺寸效应的室内试验研究方面取得突破性进展;③结构面剪切强度的各向异性和尺寸效应特征应进行统一辩证的研究,只有这样,获得的模型才能有助于准确估算工程岩体剪切强度。     

岩石节理峰前循环直剪试验颗粒流宏细观分析

利用二维颗粒流(PFC2D)程序较为完善地实现了考虑二阶起伏体岩石节理的峰前循环数值直剪试验,并分别从宏观和细观角度分析了节理峰前循环直剪试验中节理累积损伤特征与抗剪强度的变化规律。对比分析已有的室内试验成果,验证了计算方法的可靠性。研究表明:①随着岩石节理一阶起伏角、法向压力的增大,节理的破坏模式按爬坡—爬坡啃断—啃断趋势发展,且抗剪强度随着一阶起伏角、法向压力的增大总体上呈增大趋势。②低幅值的循环荷载对节理剪切强度的影响极为有限,甚至可以忽略,但随着循环加载幅值的增加,节理起伏体上裂纹的扩展贯通程度、裂纹的数量均显著增多,表明循环加载幅值的大小是决定节理起伏体累积损伤速度的关键因素。③节理裂纹数量随循环加载次数的增大而增加,且有增速的趋势,在循环加载次数增加到某个量级时,裂纹出现激增的现象,表明节理疲劳裂纹的扩展贯通有累积后突变的演变特征;不同破坏模式下,节理的峰值抗剪强度均随着循环加载次数的增加呈现出先增后减的变化趋势,表明有限次数的循环加载有利于增大节理的峰值抗剪强度,但循环加载最终会因节理的累积损伤造成其抗剪强度的劣化。研究结果丰富了室内试验成果,有助于进一步认识岩石节理在微震频发作用下的累积损伤与强度劣化规律。     

一种新的表征岩石节理粗糙度指标系统

基于长方体微凸体两种破坏模式提出了等效高差概念来反映微凸体几何参数对剪切强度贡献比例。不同剪切方向的等效高差分布不同可反映节理剪切方向性。进而提出了基于等效高差的节理三维粗糙度指标系统,其中平均等效高差表征了不同破坏形式的微凸体对强度的贡献,也可反映节理面的起伏方向性;分形维数表征了不同尺度粗糙度的关系,可从尺度上全面描述节理面信息,并且也可表示剪切方向性。最后基于三维测量系统获取了节理面离散点坐标值并计算出新指标系统具体数值,验证了指标系统可以描述剪切方向性,同时克服了采样间距的影响。新指标系统物理意义明确,可反映不同微凸体对强度贡献比例。