岩土力学 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (11): 3203-3212.doi: 10.16285/j.rsm.2022.1732

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

花岗岩残积土剪切带上的细观结构损伤规律

黎澄生1, 2，孔令伟2，舒荣军2，刘智军1，张炳鑫1   

  1. 1. 汕头大学 土木与环境工程系，广东 汕头 515000；2. 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
  • 收稿日期:2022-11-03 接受日期:2023-01-03 出版日期:2023-11-28 发布日期:2023-11-28
  • 作者简介:黎澄生，男，1992年，博士，讲师，主要从事特殊土土力学、宏细观力学特性的研究。
  • 基金资助:
    2021年广东省科技专项（No. STKJ2021181）；汕头大学科研启动基金（No. NTF21017）；国家自然科学基金面上项目（No.12272394）。

Meso-structure damage evolution in shear bands of granite residual soil

LI Cheng-sheng1, 2, KONG Ling-wei2, SHU Rong-jun2, LIU Zhi-jun1, ZHANG Bing-xin1   

  1. 1. Department of Civil and Environmental Engineering, Shantou University, Shantou, Guangdong 515000, China; 2. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China
  • Received:2022-11-03 Accepted:2023-01-03 Online:2023-11-28 Published:2023-11-28
  • Supported by:
    This work was supported by the Special Fund for Science and Technology of Guangdong Province in 2021 (STKJ2021181), the Building Fund for the Academic Innovation Team of Shantou University (NTF21017) and the National Natural Science Foundation of China (12272394).

PDF (Chinese)

168

PDF (English)

4

摘要： 剪切带和裂隙演化对土体滑坡至关重要，裂隙是土体中最薄弱的区域，但是当前缺乏用于定量分析剪切带上细观结构损伤规律的方法。为了揭示花岗岩残积土内部裂隙对剪切变形破坏的影响，利用CT扫描获得试样在三轴加载过程中不同加载阶段的数字体图像，基于数字体图像相关方法（digital volume correlation，简称DVC）把复杂三维裂隙的坐标进行转换，根据加载前后的裂隙在三维空间的重叠特征提出改进的裂隙分类方法，将裂隙分为8种：湮灭型裂隙、新生型裂隙、继承型裂隙、拆分型裂隙、合并型裂隙、复合-新生型裂隙、复合-继承型裂隙和复合-混合型裂隙。结果显示：新生型裂隙和复合型裂隙与剪切带演化紧密相关。随着轴向应变的增大，剪切带上的新生型裂隙和复合-新生型裂隙呈增大趋势，当轴向应变为12%时新生型裂隙体积含量超过50%；复合-继承型裂隙呈快速衰减特征，而复合-混合型裂隙呈先增大后衰减的趋势。在剪切带萌生初期，剪切带内部生成少量新生裂隙，但裂隙是材料中最薄弱的区域，因此新生裂隙加速了剪切带的发育；随着剪切带的发育，大量新生裂隙使剪切带上的细观结构损伤更为严重；剪切带与裂隙之间互相耦合影响，最终使土体发生破坏。

关键词: 花岗岩残积土, CT, 剪切带, 裂隙分类, 损伤

Abstract: Shear band and crack evolution are very important for landslides. Crack is the weakest area in soil, and there is a lack of effective methods to analyze the meso-structure damage in shear bands quantitatively. To reveal the influence of cracks in granite residual soil on shear deformation and failure, CT scanning was used to obtain volume images of the sample at different loading stages during triaxial loading. Based on the digital volume correlation (DVC) method, a crack classification method is established according to the connectivity characteristics of cracks before and after loading. The cracks can be divided into eight kinds: obsolete, brand-new, isolated, split, combined, compound-brand-new, compound-isolated, and compound-mixed cracks. The results show that the brand-new cracks and compound-type cracks are closely related to the shear band evolution. With the increase of axial strain, the brand-new cracks and compound-brand-new cracks are in an increasing trend. When axial strain is 12%, the volume content of the brand-new cracks is more than 50%, the compound-isolated cracks exhibit rapid attenuation, and the compound-mixed cracks tend to increase first and then decrease. At the early stage of shear band initiation, a few new cracks are formed in the shear band, which accelerates the development of the shear band as the cracks are the weakest area. With the development of the shear band, a large number of new cracks cause more serious damage to the meso-structure in the shear band. Finally, the coupling effect of shear bands and cracks destroys the soil strength.

Key words: granite residual soil, CT, shear band, crack classification, damage

中图分类号: 

  • TU 447
[1] 李英杰, 张亮, 王炳乾, 刘圣鑫. 基于CT扫描和数字体相关法的页岩 各向异性三维变形场特征研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 134-144.
[2] 安然, 陈欣, 张先伟, 王港, 高浩东, . 单轴加载过程中钢渣稳定土细观裂隙的动态演化特征[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 300-308.
[3] 梁金平, 荆浩勇, 侯公羽, 李小瑞, 张明磊, . 卸荷条件下围岩的细观损伤及力学特性研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 399-409.
[4] 王凯, 付强, 徐超, 艾子博, 李丹, 王磊, 舒龙勇, . 原生煤岩组合体界面力学效应数值模拟研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(增刊): 623-633.
[5] 高志傲, 孔令伟, 王双娇, 刘炳恒, 芦剑锋, . 平面应变条件下不同裂隙方向原状膨胀土变形破坏性状与剪切带演化特征[J]. 岩土力学, 2023, 44(9): 2495-2508.
[6] 谢康, 苏谦, 陈晓斌, 刘宝, 王武斌, 王迅, 邓志兴, . 无砟轨道聚氨酯碎石防水联结层单元模型试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(8): 2308-2317.
[7] 王雪松, 郭连军, 刘鑫, 邓丁, 张久洋, 徐振洋, . 冲击作用下花岗岩的I型裂纹形态及断面粗糙度研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(7): 1925-1936.
[8] 马国良, 陈曦, 范超男, 葛少成. 不同水力荷载路径下煤体微观渗流特征及宏观破坏研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(6): 1779-1788.
[9] 李满, 刘先珊, 潘玉华, 乔士豪, 郝梓宇, 钱磊, 罗晓雷, . 循环热冲击后裂隙砂岩力学特性试验研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(5): 1260-1270.
[10] 刘新荣, 郭雪岩, 许彬, 周小涵, 曾夕, 谢应坤, 王䶮, . 含消落带劣化岩体的危岩边坡动力累积损伤机制研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 637-648.
[11] 刘飞禹, 李昊泽, 符军, 孙宏磊, . 橡胶砂级配对混合土体剪切特性影响研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 663-672.
[12] 王春, 胡慢谷, 王成, . 热−水−力作用下圆孔花岗岩的动态损伤特征及结构模型[J]. 岩土力学, 2023, 44(3): 741-756.
[13] 赵凯, 邵帅, 邵生俊, 魏军政, 张少英, 张玉. 平面应变下原状黄土的剪切带研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(2): 433-441.
[14] 高浩东, 安然, 孔令伟, 张先伟, 雷学文, . 干燥失水条件下膨胀土的细观裂隙演化特征研究[J]. 岩土力学, 2023, 44(2): 442-450.
[15] 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.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 王 刚，李术才，王明斌. 渗透压力作用下加锚裂隙岩体围岩稳定性研究[J]. , 2009, 30(9): 2843 -2849 .
[2] 介玉新，杨光华. 基于广义位势理论的弹塑性模型的修正方法[J]. , 2010, 31(S2): 38 -42 .
[3] 杨建民，郑 刚. 基坑降水中渗流破坏归类及抗突涌验算公式评价[J]. , 2009, 30(1): 261 -264 .
[4] 周 华，王国进，傅少君，邹丽春，陈胜宏. 小湾拱坝坝基开挖卸荷松弛效应的有限元分析[J]. , 2009, 30(4): 1175 -1180 .
[5] 叶 飞，朱合华，何 川. 盾构隧道壁后注浆扩散模式及对管片的压力分析[J]. , 2009, 30(5): 1307 -1312 .
[6] 罗 强 ，王忠涛 ，栾茂田 ，杨蕴明 ，陈培震. 非共轴本构模型在地基承载力数值计算中若干影响因素的探讨[J]. , 2011, 32(S1): 732 -0737 .
[7] 王云岗 ，章 光 ，胡 琦. 斜桩基础受力特性研究[J]. , 2011, 32(7): 2184 -2190 .
[8] 龚维明，黄 挺，戴国亮. 海上风电机高桩基础关键参数试验研究[J]. , 2011, 32(S2): 115 -121 .
[9] 汪成兵. 均质岩体中隧道围岩破坏过程的试验与数值模拟[J]. , 2012, 33(1): 103 -108 .
[10] 夏艳华 ，白世伟 . 基于水平集的复杂三维地层模型建模及在地下工程中的应用研究[J]. , 2012, 33(5): 1445 -1450 .
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