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摘要
岩体的剪切力学特性和变形破裂机制对围岩稳定性控制意义重大。本文首先通过恒定法向荷载(CNL)和恒定法向刚度(CNS)边界条件下砂岩的宏观剪切试验,揭示了初始法向应力对砂岩峰值剪切强度、法向应力、剪胀变形及声发射响应特征的影响;然后基于PFC2D颗粒流数值模拟研究了不同边界条件下砂岩剪切过程中细观裂纹扩展、颗粒位移场演化、变形破裂过程及剪切速率效应。结果表明:随着初始法向应力的增加,砂岩峰值剪切强度及残余剪切强度均线性增大,且与CNL相比,CNS边界条件下峰值剪切强度增加了46.57%～307.84%、黏聚力增加了85.09%而内摩擦角减小了10.38%;法向位移整体上经历了剪缩、快速剪胀和缓慢剪胀过程,且随着裂纹扩展贯通形成剪切滑移面,声发射活动异常激烈;不同边界条件下砂岩细观裂纹演化过程和破裂机制存在显著差异,剪切过程中裂纹总数呈现"平静-快速增加-增幅降低-趋于稳定"的变化特征,且与CNL相比,CNS边界条件下裂纹总数增加了19.66%～89.20%;随着剪切速率的增加,砂岩峰值剪切强度呈现指数型减小趋势,且CNS边界条件下剪切速率效应更加显著。
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