硬性接觸型巖體結(jié)構面剪切特性及邊坡穩(wěn)定性分析.pdf

1、硬性接觸的粗糙起伏型巖體結(jié)構面廣泛發(fā)育于硬質(zhì)巖體斜/邊坡中,其剪切力學性質(zhì)對邊坡穩(wěn)定性具有重要影響。由于巖體結(jié)構面現(xiàn)場直剪試驗及取樣比較困難,很難開展大尺寸巖體結(jié)構面剪切試驗。
　　論文依托國家自然科學基金面上項目(No.41172243)的資助,基于巖體結(jié)構面野外調(diào)查測量及室內(nèi)加卸荷試驗巖石試件主破裂面的高精度三維激光掃描研究了硬性接觸型巖體結(jié)構面表面的宏-細觀起伏形態(tài)特征,進而利用二維顆粒流(PFC2D)程序從細觀角度模擬研究

2、了起伏角及法向應力對貫通型鋸齒狀巖體結(jié)構面以及臺階高長比對貫通型單臺階狀巖體結(jié)構面的剪切變形及強度影響規(guī)律,并將研究得到的經(jīng)驗強度公式應用于邊坡穩(wěn)定性的極限平衡法計算。研究成果不僅豐富了巖體結(jié)構面剪切力學性質(zhì)及參數(shù)取值的巖體力學理論,也可為鋸齒狀和臺階狀巖體結(jié)構面所控制的邊坡穩(wěn)定性評價提供有益參考。主要研究成果如下:
　　①巖體結(jié)構面表面起伏形態(tài)可概化為平直狀、臺階狀、鋸齒狀和波浪狀四類。其粗糙度具有方差自相似性,可以用結(jié)構面剖面

3、垂直方向的方差σ2D來描述結(jié)構面二維粗糙度系數(shù),用整個結(jié)構面粗糙高度的方差σ3D來描述結(jié)構面三維的粗糙起伏。大理巖卸荷破裂面粗糙高度分布近似符合高斯函數(shù)分布規(guī)律,粗糙高度分布的偏度sk大多小于0,向右邊偏斜較大。
　　②鋸齒狀結(jié)構面的剪切變形模式可分為爬坡、爬坡啃斷和啃斷3種基本類型,隨著鋸齒起伏角和法向應力的增大,逐漸由爬坡、爬坡啃斷向啃斷模式演變,且這種遞變隨起伏角和法向應力具有近對稱矩陣分布特征。鋸齒狀巖體結(jié)構面的剪切強度隨

4、法向應力及起伏角的增大均近線性增加,建立了同時考慮鋸齒狀結(jié)構面爬坡和啃斷效應的剪切強度經(jīng)驗公式。
　　③臺階狀結(jié)構面的損傷破壞模式可分為壓切破壞和張剪破壞兩種類型,隨著臺階高長比 H/L的增大,結(jié)構面剪切過程中彎矩作用比例逐漸增大張性破壞成分逐漸增多,變形模式逐漸由壓切破壞模式轉(zhuǎn)換為張剪破壞模式。結(jié)構面最先在臺階角點處產(chǎn)生宏觀裂紋,隨著裂紋擴展方向的不同而逐漸轉(zhuǎn)化為兩種不同的損傷破壞模式。針對實際巖體結(jié)構面臺階高長比H/L常較小(