岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (1): 109-118.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0302

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

循环荷载作用下岩石劈裂结构面剪切力学特性演化与影响因素研究

尹敬涵1, 2，崔臻1, 2，盛谦1, 2，陈健1, 2，张茂础1, 2   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室，湖北 武汉 430071；2. 中国科学院大学，北京 100049
  • 收稿日期:2022-03-15 接受日期:2022-07-07 出版日期:2023-01-16 发布日期:2023-01-12
  • 通讯作者: 崔臻，男，1986年生，博士，研究员，主要从事地下岩石工程稳定性评价方面的研究。E-mail: zcui@whrsm.ac.cn E-mail: yinjinghan21@mails.ucas.ac.cn
  • 作者简介:尹敬涵，女，1999年生，博士研究生，主要从事岩土力学与工程方面的研究。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金资助项目（No. 52079133，No. U21A20159）；中国科学院青年创新促进会（No. 2019323）

Shear mechanical characteristics evolution and influencing factors of rock discontinuities under cyclic loading

YIN Jing-han1、2, CUI Zhen1, 2, SHENG Qian1, 2, CHEN Jian1, 2, ZHANG Mao-chu1, 2   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
  • Received:2022-03-15 Accepted:2022-07-07 Online:2023-01-16 Published:2023-01-12
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (52079133, U21A20159) and the Youth Innovation Promotion Association, CAS (2019323).

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摘要： 基于现有结构面剪切力学特性研究中对简单几何形态结构面研究多，天然形态结构面研究少，力学性质演化研究多，几何形态演化研究少的研究现状，通过巴西劈裂试验制备近天然形态岩石结构面，并采用模拟材料批量复制劈裂结构面试样的方法，开展循环荷载作用下岩石劈裂结构面的剪切力学特性演化规律与影响因素研究，分析法向应力、循环剪切次数、岩壁强度以及结构面粗糙度对循环剪切作用下岩体结构面力学特性和形貌特征的影响。最终通过在黏着摩擦理论-Barton经验公式中引入与循环剪切次数Nd有关的负指数假定劣化参数，提出了岩体结构面循环剪切强度公式。研究结果表明：法向应力、岩壁强度、结构面粗糙度越大，结构面的最大剪应力越大；法向应力、循环剪切次数、结构面粗糙度越大，岩壁强度越小，则归一化粗糙度参数越小。提出的循环剪切强度公式较好地验证了试验结果，可为工程安全设计提供理论参考。

关键词: 岩体结构面, 循环剪切, 力学性质, 形貌特征, 逆向工程

Abstract: Among the existing literature on shear mechanical properties of rock discontinuities, there are more researches on simple discontinuities than those on natural discontinuities, and more researches on mechanical properties evolution than those on geometric evolution. In this study, rock discontinuities in nearly natural forms are prepared through the Brazilian splitting test, and the splitting samples are produced with simulated materials. Then under cyclic loading, the shear property evolution laws and influencing factors of rock discontinuities are studied. The influences of normal stress, number of shear cycles, rock wall strength and roughness of rock discontinuity surface on mechanical properties and morphology of rock discontinuities under cyclic shearing are analyzed. Finally, by introducing the negative exponential deterioration parameter related to the number of shear cycles (Nd) into the adhesion theory of friction-Barton empirical formula, a formula for cyclic shear strength of rock discontinuities is proposed. The results show that with the increases of normal stress, rock wall strength and roughness of rock discontinuity surface, the maximum shear stress of rock discontinuities increases; with the increases of normal stress, number of shear cycles and roughness of rock discontinuity surface, the rock wall strength decreases and thus the normalized roughness parameters of rock discontinuities reduce. The proposed cyclic shear strength formula verifies the test results and provides a theoretical reference for engineering safety design.

Key words: rock discontinuities, cyclic shearing, mechanical property, topographic characteristics, reverse engineering

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[1] 蔚立元, 杨瀚清, 王晓琳, 刘日成, 王蓥森. 循环剪切作用下三维粗糙裂隙非线性渗流特性数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2757-2766.
[2] 秦悠, 杜歆宇, 马维嘉, 吴琪, 陈国兴, . 不同循环应力路径下饱和珊瑚砂超静孔压增长的改进应力模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1729-1738.
[3] 舒荣军, 孔令伟, 周振华, 简涛, 李甜果, . 卸荷-增孔压条件下花岗岩残积土的力学特性[J]. 岩土力学, 2023, 44(2): 473-482.
[4] 郭佳奇, 程立攀, 朱斌忠, 田永超, 黄鑫. 持续开挖效应下结构面剪切力学性质与能量特征研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(1): 131-143.
[5] 孙杰豪, 郭保华, 田世轩, 程坦, . 峰前循环剪切作用下岩石节理剪切力学特性[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 52-62.
[6] 柴少波, 周涛, 田威, 井彦林, 史杰辉. 考虑岩体应力的结构面中应力波传播特性分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 184-192.
[7] 董福瑞, 王述红, 侯钦宽. 基于主成分分析的多参数岩体结构面 优势分组方法研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(9): 2457-2470.
[8] 张化进, 吴顺川, 韩龙强, . 基于DBSCAN选择性聚类集成的岩体结构面 优势产状分组方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1585-1595.
[9] 侯娟, 邢行, 徐东, 陆向前, . 土工膜-土工布界面动力剪切特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 365-376.
[10] 薛卉, 舒彪, 陈君洁, 路伟, 胡永鹏, 王益民, 曾凡, 黄若宸, . 高温高压下超临界二氧化碳作用对花岗岩 力学性质影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(2): 377-384.
[11] 张传庆, 郭宇航, 徐金顺, 刘宁, 谢起明, 崔国建, 周辉, . 基于功率谱密度的评估岩石节理粗糙度新方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(11): 3135-3143.
[12] 姬胜戈, 王宝仲, 杨秀娟, 樊恒辉. 木质素磺酸钙改性分散性土的试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2405-2415.
[13] 马成昊, 朱长歧, 刘海峰, 崔翔, 王天民, 姜开放, 易明星, . 土的颗粒形貌研究现状及展望[J]. 岩土力学, 2021, 42(8): 2041-2058.
[14] 王柳江, 刘斯宏, 赵志杰, 沈超敏, 鲁洋. 土工袋界面动力特性的循环直剪试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(6): 1625-1634.
[15] 彭守建, 王瑞芳, 许江, 甘青青, 蔡果良, . 二次炭化温度对热压型煤力学性质 及微观结构影响的试验研究[J]. 岩土力学, 2021, 42(5): 1221-1229.
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[1] 沈 扬，周 建，龚晓南，刘汉龙,. 考虑主应力方向变化的原状软黏土应力应变性状试验研究[J]. , 2009, 30(12): 3720 -3726 .
[2] 李利平，李术才，张庆松. 岩溶地区隧道裂隙水突出力学机制研究[J]. , 2010, 31(2): 523 -528 .
[3] 张 文，王泽文，乐励华. 双重介质中的一类核素迁移数学模型及其反演[J]. , 2010, 31(2): 553 -558 .
[4] 李丽华，陈 轮，高盛焱. 翠湖湿地软土触变性试验研究[J]. , 2010, 31(3): 765 -768 .
[5] 胡亚元. 利用EVP模型确定堆载预压法的卸载时机[J]. , 2010, 31(6): 1827 -1832 .
[6] 章定文，韩文君，刘松玉. 初始应力各向异性状态下圆柱孔扩张机制分析[J]. , 2010, 31(S2): 104 -108 .
[7] 李克钢，侯克鹏，李 旺. 指标动态权重对边坡稳定性的影响研究[J]. , 2009, 30(2): 492 -496 .
[8] 洪 勇，孙 涛，栾茂田，郑孝玉，汪发武. 土工环剪仪的开发及其应用研究现状[J]. , 2009, 30(3): 628 -633 .
[9] 张乾兵，朱维申，李 勇，孙林锋，张 磊. 洞群模型试验中微型多点位移计的设计及应用[J]. , 2011, 32(2): 623 -628 .
[10] 李京爽，侯瑜京，徐泽平，梁建辉，张雪东，宋献慧. 砂土自由场地基水平垂直振动离心模拟试验[J]. , 2011, 32(S2): 208 -214 .
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