岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (1): 51-64.doi: 10.16285/j.rsm.2021.0832

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

非规则砂岩节理剪切变形本构关系试验研究

程坦1，郭保华1, 2，孙杰豪1，田世轩1，孙崇轩1，陈岩1   

  1. 1. 河南理工大学 能源科学与工程学院，河南 焦作 454000； 2. 河南理工大学 煤炭安全生产河南省协同创新中心，河南 焦作 454000
  • 收稿日期:2021-06-03 修回日期:2021-09-09 出版日期:2022-01-10 发布日期:2022-01-06
  • 通讯作者: 郭保华，男，1979年生，博士，教授，主要从事岩石裂隙变形与渗流研究。E-mail: guobaohua@139.com E-mail: 451953767@qq.com
  • 作者简介:程坦，男，1993年生，博士研究生，主要从事岩石裂隙变形与渗流研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目（No. 51904092，52104127）；河南省高校基本科研业务费专项资金资助（No. NSFRF180336，No. NSFRF210303）；河南省自然科学基金资助项目（No. 202300410183）；河南省高校重点科研项目基金资助项目（No. 21A440003）。

Establishment of constitutive relation of shear deformation for irregular joints in sandstone

CHENG Tan1, GUO Bao-hua1, 2, SUN Jie-hao1, TIAN Shi-xuan1, SUN Chong-xuan1, CHEN Yan1   

  1. 1. School of Energy Science and Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000, China; 2. The Collaborative Innovation Center of Coal Safety Production of Henan Province, Henan Polytechnic University, Jiaozuo, Henan 454000, China
  • Received:2021-06-03 Revised:2021-09-09 Online:2022-01-10 Published:2022-01-06
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51904092, 52104127), the Fundamental Research Funds for the Universities of Henan Province (NSFRF180336, NSFRF210303), the Natural Science Foundation of Henan (202300410183) and the Key Scientific Research Projects of Colleges and Universities in Henan Province (21A440003).

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摘要： 岩石节理剪切变形对岩体工程的安全性和稳定性具有重要影响。为研究常法向应力下岩石节理剪切变形本构关系，采用RDS-200型岩石直剪仪对非规则砂岩节理进行了不同法向应力下的直剪试验。根据岩石节理剪切应力?位移全程曲线形状特征，将其依次划分为峰前压密阶段、线性阶段、屈服阶段和峰后软化阶段；根据剪切应力在峰后软化阶段降低幅度和速率大小，将岩石节理剪切应力?位移曲线划分为3种类型：峰后平台型、峰后缓降型和峰后跌落型。基于岩石节理剪切应力?位移曲线各阶段剪切变形特征，采用分段函数建立了岩石节理剪切变形本构模型。与其他模型相比，新提出的岩石节理剪切变形本构模型对试验数据拟合精度更高，更好地描述了岩石节理剪切应力?位移全程曲线。另外，在通过岩石节理直剪试验由经验公式确定模型参数之后，所提出本构模型可在不同法向应力下实现对不同粗糙度岩石节理剪切应力?位移曲线的预测。研究结果对岩石节理剪切变形的数值模拟和工程估计具有一定的实用价值。

关键词: 岩石力学, 岩石节理, 剪切变形, 本构关系, 经验公式

Abstract: The shear deformation of rock joints is significant for the safety and stability of rock engineering. In order to study the constitutive relation of shear deformation in jointed rock mass under a normal stress, the direct shear tests under different normal stresses were carried out on the sandstone specimens with irregular joints using the RDS-200 rock direct shear test system. Based on the shear stress - deformation curve of the jointed rock, it can be divided into four stages including pre-peak compaction stage, linear stage, yield stage and post-peak softening stage. The post-peak softening stage can be further divided into three types including platform type, gradual decline type and drop type based on the decreasing magnitude and rate of shear stress at the post-peak period. The shear deformation constitutive model of the sandstone with irregular joints was established using piecewise function based on the shear deformation characteristics at different stages. Compared with the existing constitutive models, the new proposed shear deformation constitutive model of the jointed rock mass has a much higher fitting accuracy for the experimental results, which can better describe the deformation characteristics of the jointed rock in the whole shear process. The shear stress-shear displacement curve of irregular joints with different roughness coefficients under different normal stresses can be predicted after determining the relevant model parameters in the corresponding empirical formula after some direct shear tests. The research is practical for understanding the shear deformation of joints in rocks by numerical simulation and the safety evaluation of engineering.

Key words: rock mechanics, rock joints, shear deformation, constitutive relation, empirical formula

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[1] 黄娜, 蒋宇静, 程远方, 刘日成, . 基于3D打印技术的复杂三维粗糙裂隙网络 渗流特性试验及数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1659-1668.
[2] 齐飞飞, 张科, 谢建斌, . 基于DIC技术的含不同节理密度类岩石试件 破裂机制研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1669-1680.
[3] 武东阳, 蔚立元, 苏海健, 吴疆宇, 刘日成, 周键. 单轴压缩下加锚裂隙类岩石试块裂纹扩展试验 及PFC3D模拟[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1681-1692.
[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] 李波波, 王忠晖, 任崇鸿, 张尧, 许江, 李建华, . 水-力耦合下煤岩力学特性及损伤本构模型研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(2): 315-323.
[6] 郝延周, 王铁行, 程磊, 金鑫, . 考虑干湿循环影响的压实黄土结构性本构关系[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 2977-2986.
[7] 刘享华, 张科, 李娜, 齐飞飞, 叶锦明, . 含孔双裂隙3D打印类岩石试件破裂行为定量识别[J]. 岩土力学, 2021, 42(11): 3017-3028.
[8] 张科, 齐飞飞, 陈宇龙, . 基于3D打印和DIC技术的裂隙网络模型 变形破裂特征及填充物影响效应[J]. 岩土力学, 2020, 41(8): 2555-2563.
[9] 黄巍, 肖维民, 田梦婷, 张林浩, . 不规则柱状节理岩体力学特性模型试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(7): 2349-2359.
[10] 金俊超, 佘成学, 尚朋阳. 基于Hoek-Brown准则的岩石应变软化模型研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 939-951.
[11] 马秋峰, 秦跃平, 周天白, 杨小彬. 岩石剪切断裂面接触算法的开发与应用[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 1074-1085.
[12] 闻磊, 梁旭黎, 冯文杰, 王伟, 王亮, 常江芳, 袁维, . 冲击损伤砂岩动静组合加载力学特性研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(11): 3540-3552.
[13] 张艳博, 孙林, 姚旭龙, 梁鹏, 田宝柱, 刘祥鑫, . 花岗岩破裂过程声发射关键信号时 频特征试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(1): 157-165.
[14] 陈永青, 文畅平, 方炫强, . 生物酶改良膨胀土的修正殷宗泽模型[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3515-3523.
[15] 大久保诚介, 汤 杨, 许江, 彭守建, 陈灿灿, 严召松, . 3D-DIC系统在岩石力学试验中的应用[J]. 岩土力学, 2019, 40(8): 3263-3273.
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[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 .
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