恒定法向刚度边界条件下锚固节理岩体剪切特性试验研究

作者：蒋宇静; 张孙豪; 栾恒杰^*; 王长盛; 文志杰; 王冬; 韩伟

来源：岩石力学与工程学报, 2021, 40(04): 663-675.

DOI：10.13722/j.cnki.jrme.2020.0871

• 岩石力学
• 锚固节理
• 剪切特性
• 节理粗糙度
• 恒定法向刚度
• 边界条件

锚固节理岩体的剪切特性对于岩体工程稳定性控制设计至关重要。开展一系列不同恒定法向刚度(CNS)边界条件下锚固和无锚固类岩石材料粗糙节理剪切试验,研究CNS边界条件对锚固节理剪切力学特性以及节理面剪切破坏、锚杆剪切变形破断和锚杆破断剪切位移特征的影响。结果表明:峰前阶段法向刚度对剪切应力第一峰值Tp的影响不明显;峰后阶段剪切应力–剪切位移曲线在法向刚度小于3 GPa/m时呈位移软化特征、等于3 GPa/m时趋近于水平、等于5GPa/m时呈位移硬化特征,随着法向刚度的增加锚杆破断剪切应力Tf会显著提高;锚杆破断后阶段剪切应力–剪切位移曲线呈台阶式下沉。锚固节理的Tp和Tf都高于无锚固节理,法向刚度超过3GPa/m后锚固作用可抵消因节理面磨损导致的剪切强度损失。剪切应力第一峰值提升的剪切强度T1随法向刚度和JRC的增大呈增大趋势,而锚杆破断提升剪切强度T2随法向刚度增大呈减小趋势、随JRC增大呈增大趋势。节理面的破坏范围随法向刚度增大而增大,锚杆孔壁椭圆形破坏范围随法向刚度增大而减小。锚杆剪切后呈现"Z"字型变形特征,随法向刚度增加锚杆破断形式由拉伸破坏到弯曲破坏再到剪切破坏转换。锚杆破断剪切位移在法向刚度为0～1 GPa/m阶段呈增大趋势,1～5 GPa/m阶段呈持续减小趋势。

• 单位
  山东科技大学