岩土力学 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (10): 3355-3364.doi: 10.16285/j.rsm.2019.2074

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于节理面三维形貌的岩石节理抗剪强度 计算模型

金磊磊,魏玉峰,黄鑫,魏婕   

  1. 地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室(成都理工大学),四川 成都 610059
  • 收稿日期:2019-12-09 修回日期:2020-05-21 出版日期:2020-10-12 发布日期:2020-11-07
  • 通讯作者: 魏玉峰,男,1979年生,博士,副教授,主要从事地质工程、岩土工程的科研和教学工作。E-mail: weiyufeng@cdut.edu.cn E-mail:874854674@qq.com
  • 作者简介:金磊磊,男,1994年生,硕士研究生,主要从事岩土工程方面的研究。
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(No. 2017YFC1501000);四川省教育厅科研计划重点项目(No. 18ZA0045)。

Shear strength calculation model of rock joints based on three-dimensional morphology of joint surface

JIN Lei-lei, WEI Yu-feng, HUANG Xin, WEI Jie   

  1. State Key Laboratory of Geohazard Prevention and Geoenvironment Protection (Chengdu University of Technology), Chengdu, Sichuan 610059, China
  • Received:2019-12-09 Revised:2020-05-21 Online:2020-10-12 Published:2020-11-07
  • Supported by:
    This work was supported by the National Key R & D Program of China (2017YFC1501000) and the Scientific Research Fund of Sichuan Provincial Education Department (18ZA0045).

摘要: JRC-JCS模型在岩土工程领域被广泛应用,但也存在一定缺陷:其一,粗糙度系数(JRC)的二维性不能综合表征节理表面形貌的各向异性;其二,抗压强度系数(JCS)不能全面反映材料属性对节理剪切力学行为的影响。借助三维激光扫描和3D打印技术,浇筑具有自然节理形貌的人工节理试样,对其进行常法向应力下的剪切试验。将试验结果和理论推导相结合,建立了含有三维形貌参数和抗拉强度参数的抗剪强度模型。通过室内试验以及模型对比,分析了法向应力和三维形貌特征对岩石节理的抗剪强度以及剪胀角的影响。结果表明,节理剪切是以张拉为主导的破坏模式,而不是单纯的压缩破坏。不同的三维形貌特征会得到不同的初始剪胀角。随着法向应力的增大,峰值剪胀角减小,通过研究剪胀效应中峰值剪胀角的变化规律,可用于计算岩石节理的抗剪强度。

关键词: 节理, 抗剪强度, Barton模型, 三维形貌, 剪胀效应

Abstract: The JRC-JCS model, which is widely used in the field of geotechnical engineering, has the following defects: 1) the two-dimensional joint roughness coefficient (JRC) can’t comprehensively represent the anisotropy of joint surface morphology; 2) the joint compressive strength (JCS) of joint wall can’t entirely reflect the influence of material properties on joint shear mechanical behavior. In this paper, artificial joint samples with natural joint morphology were poured based on three-dimensional laser scanning and three-dimensional printing technology, and shear tests under constant normal stress were carried out. The shear strength model with three-dimensional morphology parameters and tensile strength parameters was established based on the analysis of experiments and theoretical derivations. The impacts of normal stress and three-dimensional morphology of fracture surface on shear strength and dilatancy angle of rock joints were analyzed through laboratory tests and model comparison. The results show that the shear failure of joints is dominated by tension rather than compression. The different three-dimensional morphology causes different initial dilatancy angles. The peak dilatancy angle decreases with the increase of the normal stress. The shear strength of rock joints can be calculated by studying the changes of the peak dilatancy angle.

Key words: joint, shear strength, Barton model, three-dimensional morphology, dilatancy effect

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