薄层充填岩石节理抗剪强度特性试验研究

论文摘要

岩体是由结构面纵横切割而成并具有一定结构的多裂隙体,而结构面中存在大量岩石节理,并以充填节理居多。由于充填物的存在,岩石节理的抗剪强度将受到显著影响,因此成为控制各类岩体工程稳定性的关键因素。其中薄层充填节理分布广泛,研究其抗剪强度特性可为边坡、大坝及地下洞室稳定性分析提供理论依据,具有理论及现实意义。选取Barton标准节理剖面线中第510条作为不规则粗糙岩石节理面的制作依据,在精细数字化处理的基础上通过3D打印技术实现具有标准粗糙度节理面的精确重构。以石英砂作为充填介质,采用水灰比0.44的水泥浆制备五类充填度（0.00、0.25、0.50、0.75、1.00）的薄层充填模拟岩石节理试件共计90组,开展了以下几个方面的研究:（1）针对上述薄层充填岩石节理试件进行三级法向应力（0.2σc、0.5σc、0.7σc）下的室内直剪试验,得到充填节理剪切应力-剪切位移曲线和峰值抗剪强度,其中峰值抗剪强度随节理面粗糙度增大而增大、随充填度增大而减小、随法向应力增大而增大;（2）对薄层充填岩石节理面剪切破坏特征进行了分析,分析得出:节理面破坏程度随法向应力的增大而增大,在低中级法向应力下节理面的破坏主要集中在沿剪切方向的背坡面,并且背坡面的石英砂被碾碎成为粉末、爬坡面的石英砂逐渐集中,而高法向应力下节理面基本被磨平,当法向应力一定而充填度增加时,同一节理面的破坏程度逐渐减弱,说明此时充填介质对峰值抗剪强度的贡献逐渐增加;（3）为弥补室内试验无法观测充填介质与节理岩壁之间相互作用的不足,利用颗粒流软件PFC2D建立同室内试验相同的数值模型并进行相同法向应力下的直剪试验,从细观角度研究薄层充填岩石节理抗剪强度特性,研究表明:峰值抗剪强度与节理面破坏程度规律同室内试验,而边界效应作用随节理面粗糙度的增大而增强,此时峰值抗剪强度增大,随充填度的增大而减弱,此时峰值抗剪强度减小,边界效应对薄层充填岩石节理峰值抗剪强度的影响主要体现为对节理面JRC的削弱;（4）结合室内试验及数值试验成果,在考虑边界效应和充填度的基础上建立薄层充填岩石节理抗剪强度准则,并利用室内试验数据对其进行验证。验证结果表明,采用新建立的薄层充填岩石节理抗剪强度准则预测结果与试验结果具有较高的吻合程度,初步验证了其合理性。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李锐

导师: 肖维民,曾毅

关键词: 薄层充填岩石节理,充填度,直剪试验,抗剪强度准则

来源: 四川农业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地质学,建筑科学与工程

单位: 四川农业大学

分类号: TU45

DOI: 10.27345/d.cnki.gsnyu.2019.000661

总页数: 96

文件大小: 8191k

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