岩土力学 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (9): 2331-2343.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0100

• 基础理论与实验研究 •    下一篇

基于表面微凸体磨损特征演化规律的节 理剪切强度各向异性机制研究

宋磊博1, 2，亢倩倩1, 2，杜时贵1, 2，钟振1, 2，王刚1, 2， 王兴开1, 2，韩观胜1, 2，赵金帅3   

  1. 1. 绍兴文理学院 土木工程学院，浙江 绍兴 312000；2. 绍兴文理学院 浙江省岩石力学与地质灾害重点实验室，浙江 绍兴 312000； 3. 江苏大学 土木工程与力学学院，江苏 镇江 212013
  • 收稿日期:2021-01-15 修回日期:2021-05-07 出版日期:2021-09-10 发布日期:2021-08-26
  • 通讯作者: 杜时贵，男，1962年生，博士，教授，主要从事露天矿山边坡稳定性评价方面的教学与研究工作。E-mail: dushigui@126.com E-mail:song_leibo@163.com
  • 作者简介:宋磊博，男，1989年生，博士，讲师，主要从事岩体结构面力学性质与剪切强度等方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目（No.42002275）；浙江省自然科学基金（No.LQ21D020001，No.LGJ20E090001，No.LQ21E040003）；中国博士后科学基金（No.2021M692319）

Anisotropy mechanism of shear strength based on wear and shear failure evolution of asperities of joint surface

SONG Lei-bo1, 2, KANG Qian-qian1, 2, DU Shi-gui1, 2, ZHONG Zhen1, 2, WANG Gang1, 2, WANG Xing-kai1, 2, HAN Guan-sheng1, 2, ZHAO Jin-shuai3   

  1. 1. Faculty of Civil Engineering, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000, China; 2. Key Laboratory of Rock Mechanics and Geohazards of Zhejiang Province, Shaoxing University, Shaoxing, Zhejiang 312000, China; 3. Faculty of Civil Engineering and Mechanics, Jiangsu University, Zhenjiang, Jiangsu 212013, China
  • Received:2021-01-15 Revised:2021-05-07 Online:2021-09-10 Published:2021-08-26
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(42002275), the Natural Science Foundation of Zhejiang Province (LQ20E040002, LGJ20E090001, LQ21E040003) and the China Postdoctoral Science Foundation(2021M692319).

PDF (Chinese)

967

摘要： 为了从剪切磨损角度探索剪切强度各向异性的机制，定量分析了粗糙节理在不同法向应力下的强度特征与破坏特征。研究发现，节理的剪切强度和破坏体积表现出与形貌特征相似的各向异性特征，且两者的各向异性特征随着法向应力的增加而逐渐削弱。另外，调查了锯齿节理的倾角特征和高度特征对剪切行为的影响。分析表明：两者都与剪切强度存在正相关的关系，且倾角特征还决定了剪切过程中节理接触区域的局部性。粗糙节理的表面由很多微凸体组成，不同剪切方向上表面接触区域的不同以及该区域内微凸体高度特征和倾角特征的差异是造成剪切强度各向异性的本质原因。而随着法向应力的增加，节理表面越来越多的微凸体的破坏由滑移磨损演化为剪断破坏，在不同剪切方向上破坏体积的差异也逐渐减小，进而导致剪切所需的能量逐渐趋于一致，这是剪切强度各向异性特征被法向应力削弱的主要原因。

关键词: 粗糙节理, 剪切强度, 各向异性, 剪切破坏体积

Abstract: To explore the anisotropy mechanism of joint shear strength from its damage characteristics, shear strength and failure characteristics were quantitatively analyzed. The study found that the shear strength and failure characteristics of joint show similar anisotropy with its morphology, and their anisotropy is weakened with the increase of normal stress. In addition, the influence of the inclination and height characteristics of the sawtooth joints on the shearing behavior was investigated. The analysis shows the angle and height characteristics of asperities have a positive correlation with shear strength, and the angle characteristics also determine the locality of asperities contact state during the shear process. The rough joint surface is composed of many microscopic asperities. The essential reason for the anisotropy of shear strength is the different contact area on the joint surface in different shear directions and the difference of asperities height and dip angle in the contact area. With the increase of normal stress, the failure of more and more micro convex bodies on the joint surface evolves from sliding wear to shear failure, and the difference of failure volume in different shear directions gradually decreases, which leads to the gradual consistency of the energy required for shear, which is the main reason why the anisotropic characteristics of shear strength are weakened by normal stress.

Key words: rough joint, shear strength, anisotropy, shear failure volume

中图分类号: 

  • TU452
[1] 阙相成, 朱珍德, 牛子豪, 黄浩楠, . 不同截面柱状节理岩体变形及强度各向异性研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2416-2426.
[2] 范祥, 邓志颖, 崔志猛, 何忠明, 林杭, . 一种新的软−硬节理峰值剪切强度模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(7): 1861-1870.
[3] 时振昊, 黄茂松, 倪雨萍, . 基于颗粒间应变的饱和黏土小应变各向异性 非线性本构模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(4): 1036-1044.
[4] 陈曦, 曾亚武, . 基于Grasselli模型的一个新的岩石节理三维粗糙度指标[J]. 岩土力学, 2021, 42(3): 700-712.
[5] 张雨霏, 李建春, 闫亚涛, 李海波, . 基于SHPB试验的粗糙节理面动态损伤特征研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 491-500.
[6] 郭金刚, 李耀晖, 何富连, 陈见行, 赵光明, 张俊文, . 基于残余剪切强度的全长黏结锚杆拉拔模拟[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 2953-2960.
[7] 刘炳恒, 孔令伟, 舒荣军, 李甜果, . 湛江结构性黏土在三维应力下的 力学特性与强度准则[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 3090-3100.
[8] 邹宇雄, 马刚, 李易奥, 陈远, 周伟, 邱焕峰, . 抗转动对颗粒材料组构特性的影响研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2829-2838.
[9] 洪陈杰, 黄曼, 夏才初, 罗战友, 杜时贵, . 岩体结构面各向异性变异系数的尺寸效应研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(6): 2098-2109.
[10] 徐杰, 周建, 罗凌晖, 余良贵, . 高岭-蒙脱混合黏土渗透各向异性模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 469-476.
[11] 樊科伟, 刘斯宏, 廖洁, 方斌昕, 王建磊, . 袋装石土工袋剪切力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 477-484.
[12] 涂义亮, 刘新荣, 任青阳, 柴贺军, 王军保, 余佳玉. 含石量和颗粒破碎对土石混合料强度的影响研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(12): 3919-3928.
[13] 范运辉, 朱其志, 倪涛, 张坤, 张振南, . 基于弹性张量离散化的脆延转变本构模型研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 181-188.
[14] 彭守建, 岳雨晴, 刘义鑫, 许江, . 不同成因结构面各向异性特征及其剪切力学特性[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3291-3299.
[15] 李新明, 孔令伟, 郭爱国, . 南阳原状膨胀土不排水剪切性状时效性试验研究[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 2947-2955.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平，侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵，冯夏庭，陈炳瑞，江 权，张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲，门玉明，彭建兵，黄强兵，刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟，何益斌，刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超，冯夏庭，陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆，齐清兰，魏静，霍倩，周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊，姜永东，鲜学福，罗 云，张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强，杨仕教，任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .
版权所有 © 《岩土力学》编辑部
地址：湖北武汉武昌小洪山中国科学院武汉岩土力学研究所(430071)　邮编：200042　电话：027-87198484, 87199252, 87199253, 87198752　E-mail: ytlx@whrsm.ac.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发