岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (2): 731-742.doi: 10.16285/j.rsm.2025.0217CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.0217

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考虑粗糙度影响的土-岩接触面剪切力学模型研究

黄叶宁1,邓华锋1,孔纲强1, 2,李建林1,朱作祥1,周书桓1,李冠野1   

  1. 1. 三峡大学 三峡库区地质灾害教育部重点实验室,湖北 宜昌 443002; 2. 河海大学 岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室,江苏 南京 210098
  • 收稿日期:2025-02-28 接受日期:2025-07-17 出版日期:2026-02-10 发布日期:2026-02-06
  • 通讯作者: 邓华锋,男,1979年生,博士,教授,主要从事岩土工程方面的研究工作。E-mail:dhf8010@ctgu.edu.cn
  • 作者简介:黄叶宁,女,1993年生,博士研究生,主要从事岩土工程方面的研究工作。E-mail:hyn@ctgu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(No. U22A20600,No. U2034203)

Shear mechanical model for soil-rock interface considering roughness effects

HUANG Ye-ning1, DENG Hua-feng1, KONG Gang-qiang1, 2, LI Jian-lin1, ZHU Zuo-xiang1, ZHOU Shu-huan1, LI Guan-ye1   

  1. 1. Key Laboratory of Geological Hazards on Three Gorges Reservoir Area, Ministry of Education, China Three Gorges University,Yichang, Hubei 443002, China; 2. Key Laboratory of Ministry of Education for Geomechanics and Embankment Engineering, Hohai University, Nanjing, Jiangsu 210098, China
  • Received:2025-02-28 Accepted:2025-07-17 Online:2026-02-10 Published:2026-02-06
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (U22A20600, U2034203).

摘要: 土-岩石接触界面的剪切力学特性直接影响二元结构边坡的稳定性,其中,岩石结构面粗糙度(joint roughness coefficient,简称JRC)是影响土-岩接触面剪切力学性质的重要因素。采用室内直剪试验与数值模拟相结合的方法来研究不同JRC下土-岩接触面剪切力学特性,提出了考虑不同JRC的土-岩接触面抗剪强度经验公式。结果表明:(1)土-岩接触面抗剪强度随结构面粗糙度的增大逐渐增大,但法向应力的增大会弱化粗糙度对接触面剪切强度的提高作用。(2)土-岩接触面抗剪强度随结构面粗糙度的增大可分为两个阶段,较快增长阶段(JRC<13.42),此阶段表现为土-岩接触面剪切滑动带破坏;趋于平稳阶段(JRC≥13.42),此阶段表现为土体内部剪切破坏。验证分析表明,所提出的考虑结构面粗糙度影响的土-岩接触面抗剪强度经验公式计算结果与试验值吻合较好。相关分析方法和结果可为土-岩接触面的力学特性分析提供较好参考。

关键词: 土-岩接触面, 粗糙度, 等效岩壁强度, 临界粗糙度, 抗剪强度经验公式

Abstract:

The shear mechanical properties of the soil-rock interface directly affect the stability of the binary structure slope. Among these factors, the joint roughness coefficient (JRC) of rock structural planes is a key parameter governing mechanical properties of the soil-rock interface. We combined laboratory direct shear tests with numerical simulations to investigate how varying JRC levels influence the shear properties of the soil-rock interface. An empirical formula for the shear strength of soil-rock interface considering different JRCs of the rock surface is proposed. The results indicate that: (1) The shear strength of the soil-rock interface increases with the increase of structural plane JRC, however, higher applied normal stress diminishes the JRC effect on enhancing the shear strength of the contact surface. (2) As structural roughness increases, the shear strength exhibits two stages: a rapid growth stage (JRC<13.42), during which the shear-sliding zone at the soil-rock interface fails; and a plateau stage (JRC≥13.42), during which internal shear failure of the soil occurs. Verification shows that the proposed empirical formula for soil-rock interface shear strength, which accounts for the influence of structural surface roughness, yields results that agree well with experimental data. These methods and findings provide a valuable reference for assessing the mechanical properties of soil–rock interfaces.

Key words: soil-rock interface, roughness, equivalent rock wall strength, critical roughness, empirical formula for shear strength

中图分类号: TU 45
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