岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (7): 1959-1970.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1143

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

层间错动带水力耦合抗剪强度特性演化规律研究

范雷,余美万,邬爱清,向前   

  1. 长江科学院 水利部岩土力学与工程重点实验室,湖北 武汉 430010
  • 收稿日期:2022-07-22 接受日期:2023-01-16 出版日期:2023-07-17 发布日期:2023-07-16
  • 作者简介:范雷,男,1982年生,博士,正高级工程师,主要从事工程岩体力学特性方面的研究工作。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(No.51927815,No.42277186);中央级公益性利研院所基本利研业务费项目(No.CKSF2021532/YT)。

Evolution of shear strength of interlayer dislocation zone under hydro-mechanical coupling conditions

FAN Lei, YU Mei-wan, WU Ai-qing, XIANG Qian   

  1. Key Laboratory of Geotechnical Mechanics and Engineering of the Ministry of Water Resources, Changjiang River Scientific Research Institute, Wuhan, Hubei 430010, China
  • Received:2022-07-22 Accepted:2023-01-16 Online:2023-07-17 Published:2023-07-16
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (51927815, 42277186) and the Fundamental Research Funds for Central lnetitutea of China(CKSF2021532/YT).

摘要: 层间错动带具有延伸规模大、物理力学性质较差等特点。水库蓄水后,水位抬升使层间错动带受到较大的水压力。在高水压力作用下,层间错动带的抗剪强度及其演化规律,尚待开展试验研究。采用新研发的HMSS-300型现场结构面水力耦合直剪试验系统,针对溪洛渡水电站的层间错动带进行了不同水压力−应力耦合作用下的直剪试验,探讨了层间错动带水力耦合作用下的抗剪强度特征及其变化规律。研究结果表明:水力耦合作用下,层间错动带抗剪断过程的剪应力−剪切位移曲线具有明显的峰值,法向位移随剪切位移的增加大多表现出先剪胀后剪缩的特征。层间错动带的有效内摩擦角随水压力的升高而降低,二者呈负指数关系;有效黏聚力也随水压力的升高而降低,二者同样呈负指数关系。在0~2.0 MPa水压力条件下,层间错动带有效内摩擦角劣化程度为7%~22%,有效黏聚力的劣化程度为32%~93%,表明水压力的增加对层间错动带的有效黏聚力影响更加明显。在不同法向荷载−水压力耦合作用下层间错动带呈现出剪切滑移破坏模式与中、细角砾岩颗粒的剪断−滑移混合破坏模式。在水力耦合条件下,黏土矿物的软化、膨胀与水侵入层间错动的颗粒之间以及黏土矿物的结构单位层之间形成水分子层是导致层间错动带抗剪强度劣化的主要因素。

关键词: 层间错动带, 水力耦合, 现场直剪试验, 抗剪强度

Abstract: The interlayer dislocation zone has the characteristics of large extension scale and poor physico-mechanical properties. After reservoir impoundment, the rise of the water level imposes greater water pressure on the interlayer dislocation zone. Under the action of high water pressure, the shear strength of the interlayer dislocation zone and its evolution law need to be studied. In this paper, the newly developed direct shear test system HMSS-300 is used to conduct the direct shear tests under different hydro-mechanical coupling conditions on the interlayer dislocation zone of Xiluodu Hydropower Station. The characteristics and variation law of shear strength of the interlayer dislocation zone under the hydro-mechanical coupling conditions are discussed. The test results show that under the hydro-mechanical coupling conditions, the shear stress-shear displacement curve of the shear strength of the interlayer dislocation zone has an obvious peak value. The normal displacements mostly show the dilation first and then shrinkage as the shear displacement increases. With the increase in water pressure, both the effective internal friction angle and the effective cohesion of the interlayer dislocation zone decrease in a negative exponential relationship. Under the water pressure of 0−2.0 MPa, the degradation degrees of the effective internal friction angle and the effective cohesion of the interlayer dislocation zone are 7%−22% and 32%−93%, respectively. It indicates that the increase of water pressure has a greater effect on the effective cohesion of the interlayer dislocation zone. Under the coupling action of normal load and water pressure, the interlayer dislocation zone presents a shear-slip failure mode and a mixed shear-slip failure mode of medium and fine breccia particles. Under the hydro-mechanical coupling conditions, the softening and swelling of clay minerals, and water molecular layers formed by the water intrusion into the interlayer dislocation particles and the structural unit layers of clay minerals are the main factors that deteriorate the shear strength of the interlayer dislocation zone.

Key words: interlayer dislocation zone, hydro-mechanical coupling, in-situ direct shear test, shear strength

中图分类号: 

  • TU452
[1] 朱泽奇, 田铠玮, 徐启钟, 崔岚, 盛谦, . 水力耦合作用下玄武岩启裂机制与临界水压研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 83-90.
[2] 王文东, 邓华锋, 李建林, 冯云杰, 李冠野, 齐豫, . 基于有效受剪面积的节理面吻合度量化方法研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 249-258.
[3] 黎亚舟, 李森, . 桶式基础沉贯阻力系数的理论研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 443-448.
[4] 朱建民, 郑建国, 于永堂, 蔡晶, 夏辉, . 新型电控式钻孔剪切仪的研制及测试验证[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 687-697.
[5] 王磊, 张睿, 杨栋, 康志勤, 张鹏宇, . 实时高温富有机质页岩变角剪切力学特性及应变场演化研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2579-2592.
[6] 周恩全, 姚缘, 崔磊, 王龙. 非饱和橡胶粉土抗剪强度特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 1949-1958.
[7] 张延杰, 何萌, 宋萌, 曹立, 赵海涛, 李梅. 富水砂卵石地层力学特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1739-1747.
[8] 李宏儒, 梁恒楠, . 不同胶结剂人工结构性黄土的力学特性差异研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1416-1424.
[9] 赵煜鑫, 李旭, 林森, 王逍萌, . 广吸力范围内一种改进的非饱和土抗剪强度模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 990-1000.
[10] 陈曦. 基于方向性粗糙度参数的节理峰值抗剪 强度理论模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(4): 1075-1088.
[11] 叶智刚, 王路君, 朱斌, 陈云敏, . 基于OpenGeoSys的天然气水合物降压开采热-水-力耦合分析模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(11): 3191-3202.
[12] 赵煜鑫, 李 旭, 赵红芬, 刘 艳. 宽饱和度范围非饱和土抗剪强度指标的演化模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 2809-2820.
[13] 钟丽, 陈鑫莲, 刘晓璇, 罗明星, 王兴肖. 不同应力路径下钙质砂的力学及变形特性 试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(10): 2929-2941.
[14] 肖涵, 董超强, 章荣军, 陆展, 郑俊杰. 生石灰对理化复合法处理淤泥浆效率的影响研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(S2): 214-222.
[15] 刘宽, 叶万军, 高海军, 董琪, . 酸碱污染黄土抗剪强度演化规律及微观机制[J]. 岩土力学, 2022, 43(S1): 1-12.
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 .