岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (4): 1075-1088.doi: 10.16285/j.rsm.2022.0971

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

基于方向性粗糙度参数的节理峰值抗剪 强度理论模型

陈曦   

  1. 长江勘测规划设计研究有限责任公司,湖北 武汉 430010
  • 收稿日期:2022-06-27 接受日期:2022-08-15 出版日期:2023-04-18 发布日期:2023-04-28
  • 作者简介:陈曦,男,1993年生,博士,工程师,主要从事裂隙岩体几何表征及破坏机制方面的研究工作
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No.41772308)

A new theoretical peak shear strength criterion of rock joint based on the directional roughness parameter

CHEN Xi   

  1. Changjiang Survey, Planning, Design and Research Co., Ltd., Wuhan, Hubei 430010, China
  • Received:2022-06-27 Accepted:2022-08-15 Online:2023-04-18 Published:2023-04-28
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41772308).

摘要: 节理裂隙控制着岩石工程的剪切滑移稳定性。现有的节理峰值抗剪强度模型多为经验模型,且较少考虑粗糙节理峰值抗剪强度的采样点距效应及各向异性。采用3D打印技术制备了5组吻合的粗糙光敏树脂节理模具,利用水泥砂浆复制了25组相同壁面强度的人工粗糙节理,开展了5种法向应力水平下节理直剪试验。基于改进的接触面积比−视倾角门槛值关系,建立了仅含一个方向性粗糙度参数的三维粗糙节理峰值抗剪强度理论模型。该理论模型除粗糙度参数外无需拟合其他参数。对比分析发现,新模型比文献中的经验模型预测精度更高。新模型预测效果受采样点距影响较小,且能有效地反映节理峰值抗剪强度的各向异性。

关键词: 粗糙节理, 方向性粗糙度, 理论峰值抗剪强度准则, 采样点距, 各向异性

Abstract: The joints within the rock mass control the stability of rock engineering. Most of the existing peak shear strength criteria are empirical models, and the sampling effect and anisotropy of shear strength of rock joints have been rarely reported. A total of 5 groups of matched resin molds were prepared based on 3D laser scanning technology and 3D printing technology. A batch of matched mortar joints was duplicated using these molds. A total of 25 groups of the direct shear test were conducted under five constant normal load conditions. A novel theoretical peak shear strength criterion incorporating the newly developed roughness parameters was proposed based on the modified relationship between contact area ratio and threshold apparent dip angles. The proposed criterion was simple and no additional fitting constant was introduced in addition to the roughness parameters. Comparisons between the new criterion and the existing empirical criteria in the literature showed that the new criterion had better accuracy in predicting the shear strength of rock joints. In addition, it was found that the new model was slightly affected by the sampling interval and could capture the anisotropic characteristics of the shear strength of rock joints.

Key words: rough joint, directional roughness, theoretical peak shear strength criterion, sampling interval, anisotropy

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[1] 王智超, 彭乙芹, 秦云, 田英辉, 罗光财, . 基于统一屈服准则超固结土的应力诱导 各向异性下负荷面模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 1891-1900.
[2] 王伟, 张宽, 曹亚军, 陈超, 朱其志, . 层状千枚岩各向异性力学特性与脆性评价研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 975-989.
[3] 黄娟, 和振, 余俊, 杨鑫歆. 渗透各向异性圆形围堰稳态渗流场解析解[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 1035-1043.
[4] 张涛, 徐卫亚, 孟庆祥, 王环玲, 闫龙, 钱坤, . 基于3D打印技术的柱状节理岩体试样 力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 245-254.
[5] 包含, 陈志洋, 兰恒星, 裴润生, 伍法权, 晏长根, 陶悦, . 矿物定向排列致各向异性岩石渐进破坏强度特征 ——以黑云母石英片岩为例[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2060-2070.
[6] 蒋中明, 肖喆臻, 唐栋, 何国富, 许卫, . 基于裂隙渗流效应的水封油库涌水量预测分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1041-1047.
[7] 张虎元, 王赵明, 朱江鸿, 周光平, . 混合型缓冲材料砌块渗透性及其各向异性研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 573-581.
[8] 刘洋, 于鹏强, 徐硕. 基于微形态理论的各向异性散体波动分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(3): 635-648.
[9] 潘文韬, 杨文波, 吴枋胤, 何川, 赵亮亮, 姚人杰, 傅舰锋, . 基于单三轴试验与直剪试验的层状软岩模拟[J]. 岩土力学, 2022, 43(12): 3437-3452.
[10] 宋磊博, 亢倩倩, 杜时贵, 钟振, 王刚, 王兴开, 韩观胜, 赵金帅, . 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[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2331-2343.
[11] 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.
[12] 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.
[13] 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.
[14] 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.
[15] 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.
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[1] 于小军,施建勇,徐杨斌. 考虑各向异性的软黏土扰动状态本构模型[J]. , 2009, 30(11): 3307 -3312 .
[2] 高 玮. 基于蚁群聚类算法的岩石边坡稳定性分析[J]. , 2009, 30(11): 3476 -3480 .
[3] 徐 彬,殷宗泽,刘述丽. 膨胀土强度影响因素与规律的试验研究[J]. , 2011, 32(1): 44 -50 .
[4] 代仁平,郭学彬,宫全美,蒲传金,张志呈. 隧道围岩爆破损伤防护的霍普金森压杆试验[J]. , 2011, 32(1): 77 -83 .
[5] 杨 洋, 姚海林,卢 正. 蒸发条件下路基对气候变化的响应模型及影响因素分析[J]. , 2009, 30(5): 1209 -1214 .
[6] 邓亚虹,夏唐代,彭建兵,李喜安,黄强兵. 水平层状场地自振频率的剪切质点系法研究[J]. , 2009, 30(8): 2489 -2494 .
[7] 左宇军 ,李术才 ,秦泗凤 ,李利平. 对隔水底板破断突水机制的突变理论分析的认识——兼对潘岳教授等提问的答复[J]. , 2011, 32(7): 2236 -2240 .
[8] 楚锡华. 颗粒材料数值样本的坐标排序生成技术[J]. , 2011, 32(9): 2852 -2855 .
[9] 王忠福 ,刘汉东 ,贾金禄 ,黄志全 ,姜 彤 . 大直径深长钻孔灌注桩竖向承载力特性试验研究[J]. , 2012, 33(9): 2663 -2670 .
[10] 林鲁生 ,蒋 刚 ,白世伟 ,刘祖德 . 土体抗剪强度参数取值的统计分析方法[J]. , 2003, 24(2): 277 -280 .