充填节理剪切破坏特征与机理宏细观研究

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随着我国经济的快速发展,生产建设中的岩土工程问题日趋复杂,而充填节理是岩土工程施工过程中常见的一种情况。本文总结前人们对充填节理的试验与理论成果,通过室内试验、数值模拟、理论分析相结合的方式,分别从宏观与细观角度对充填节理的剪切特性进行了研究。
  1.进行正交试验确定岩石相似材料配比,然后独立设计与制作节理面模具用来制作试件;通过单轴压缩试验与直剪试验确定相似材料的各项物理力学参数。
  2.对充填节理试件进行压剪试验以探究其剪切特性。研究结果表明:充填节理的剪切行为受到其粗糙度的影响较大,随着粗糙度的增大其剪切破坏形态表现出明显的差异。在粗糙度较低时,以充填物与节理岩体之间的粘结面破坏为主;随着粗糙度的升高,粘结面破坏逐渐减少,充填物自身的破坏逐渐增加。且由于充填物的存在,使的其剪切应力应变曲线的各个阶段发生了一定变化:压密阶段不再明显,弹性阶段的斜率有所提高,塑性阶段的下降幅度增大,而残余强度阶段变化不大。
  3.通过压剪试验对不同充填厚度、不同充填物的充填节理进行了研究。发现:当充填厚度大于节理面最大高差之后,充填节理的剪切特性对充填厚度的敏感性较低,各力学参数并不随充填厚度的改变而表现出明显的变化;但不同性质的充填物对充填节理的剪切特性影响较大。
  4.利用颗粒流离散元软件PFC对充填节理剪切过程中的细观破坏机理进行了分析。研究发现:充填节理在剪切破坏时,首先是充填物局部产生大量细小的破坏区域,随着这些区域的扩充与发展,最终表现出粘结面的破坏或充填物的破坏。由于充填物的粘结作用,充填物两侧节理岩体的细观位移围绕充填物呈现中心对称分布。
  5.结合充填节理的破坏形态,通过一系列的基本假设,提出了新的理论模型。该模型将充填节理的破坏面分为粘结面破坏与充填物破坏两部分,根据两部分所占百分比不同,计算其不同的最终剪切强度。
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