剪切过程中岩石节理面形貌变化规律及其特征参数研究

摘要

结构面是岩体中的薄弱部分,其剪切力学性质控制着岩体的安全与稳定,页粗糙度系数JRC是影响结构面抗剪的重要因素之一。本文以Barton提出的十条节理曲线为研究基础，首先在考虑采样间距的情况下研究了现有以及新提出的节理几何先特征参数与 JRC之间的相关性。其次通过离散元软件(PFC)模拟了含不同Ac节理岩石试样在不同法向应力条件下的直接剪切试验,研究了节理剪切过程中的剪应力位移关系、扩容特性及裂纹扩展规律。最后对剪切前后节理表面形貌特征的变化规律进行了讨论。本文主要研究成果如下：
　　1)提出了新的节理几何特征参数，其与JRC的相关性整体上好于现有参数；分析结果表明差异类参数与JRC的相关性好于固有属性类，新提出的面积类参数能更好反映节理的起伏情况；采样单蹄对参数数值有较大影响，对参数与JRC的相关性影响较小，综合建议采用RL1、Z2、SDi、SF、Hb、Hc、Ab和Ac估算节理的粗糙度。
　　2)直接剪切试验结果表明，节理表面Ac及法向应力对节理抗剪强度有重要影响，影响规律与Barton提出的JRC-JCS模型结论一致。节理扩容曲线表现为三个阶段，不同阶段Ac与法向应力的影响规律各有所不同。追踪试样剪切过程中裂纹，发现裂纹主要产生在节理位置处，集中在较大凸起处，裂纹数与节理Ac和法向应力呈正相关趋势。
　　3)对试样剪切前后节理特征的变化这一问题的模拟思路进行了讨论，研究结果表明节理RL1和SF在剪切生有明显降低，法向应力与JRC不同时降低幅度有所差异。

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1绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3目前研究主要存在问题

1.4 本文主要研究内容

2基于起伏高度和面积的节理表面几何特征参数研究

2.1已有节理几何特征参数采样距离影响研究

2.2基于起伏高度的节理几何特征参数定义

2.3基于面积的节理几何特征参数定义

2.4 新定义各参数对比分析

2.5 节理粗糙度的尺寸效应分析

2.6本章小结

3 不同粗糙起伏节理岩石试样剪切力学特性

3.1岩石节理试样模型建立

3.2 基于不同面积差标准差Ac的节理试样剪切试验

3.3 节理试样剪切过程中扩容现象研究

3.4 节理试样剪切过程中细观裂纹扩展研究

3.5 本章小结

4 剪切前后节理表面形貌特征变化研究

4.1 问题研究思路

4.2 剪切过程中节理形貌特征变化规律概述

4.3 JRC对剪切过程节理形貌特征变化的影响

4.4 法向应力对剪切过程节理形貌特征变化的影响

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献