岩土力学 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (10): 2907-2918.doi: 10.16285/j.rsm.2023.1845
龚耕1,潘佳1,赵立春2,熊峰1,张国华1, 3,唐志成1
GONG Geng1, PAN Jia1, ZHAO Li-chun2, XIONG Feng1, ZHANG Guo-hua1, 3, TANG Zhi-cheng1
摘要: 定量测量岩石节理的接触特征是开展节理岩体的水-力特性研究的基础,然而其接触特征难以直接在室内试验中测量。采用闭合变形试验研究了法向加载下岩石节理的接触特征变化规律。首先利用岩石雕刻系统构建系列粗糙砂岩节理,然后在节理两个面壁间重复置入多种型号(MS、HS和HHS)的压敏胶片进行闭合变形试验,再引入自适应阈值分割方法识别压敏胶片图像信息并定量分析其接触特征变化规律。岩石节理的力学特性主要受接触区域演化过程的影响,主要包括新接触点产生、接触区域扩展和融合。接触面积比随法向应力增加从线性增加逐渐变为非线性增加趋势,双曲线经验模型可较好地表征接触面积的变化趋势;模型中初始接触面积增长速率与节理粗糙度系数JRC呈正相关关系。接触点数量随法向应力增加呈波动性增加,增长速率与表面分形维数呈负相关关系。低法向应力(0.5 MPa)下岩石节理的局部真实接触应力最大可达名义法向应力的600倍,导致微凸体崩解破坏;随着法向应力和节理粗糙度的增加,其接触应力分布越不均匀;高法向应力条件下粗糙度对其接触面积的影响程度是低法向应力条件下的20倍。该试验结果可为相关力学模型构建提供参考,所提出的测量方法亦可为数值模拟结果的验证提供途径。
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