常法向刚度条件下人工结构面剪切力学特性及损伤演化规律试验研究

作者：焦峰; 许江^*; 彭守建; 何美鑫; 张心睿; 程亮

来源：煤炭学报, 2023, 48(11): 4065-4077.

DOI：10.13225/j.cnki.jccs.2022.1819

• 结构面
• 起伏角
• 法向刚度
• 峰值剪切应力
• 破坏模式
• 剪切动态演化

为研究起伏角和法向刚度对结构面剪切力学特性的影响，利用自主研发的煤岩剪切-渗流耦合试验系统，开展了常法向刚度(CNS)条件下人工结构面的直剪试验。结果表明：当起伏角为15°和30°时，剪切应力呈现周期性震荡衰减趋势，在剪切结束时，随着法向刚度的增加，峰值剪切应力的降低量分别是1.78、1.42、1.36和1.27 MPa，逐渐减小。当起伏角为45°时，在剪切应力达到峰值后逐渐趋于残余强度；法向位移演化和剪切应力具有一一对应关系。随着起伏角的增加，剪切刚度逐渐增加。随着法向刚度的增加，起伏角15°和45°结构面的峰值剪切应力基本上线性增加；当起伏角为30°时，峰值剪切应力呈现出分段函数的特征，但是峰值剪胀角却逐渐降低。通过分析剪切前后结构面的质量损失、碎屑粒径占比和三维形貌参数演化得到结构面的破坏模式，当起伏角为15°和45°时，破坏模式较为单一，分别为磨损破坏和切齿破坏；当起伏角为30°时，其破坏模式对试验条件的依赖性较强较为复杂，主要为齿尖剪断破坏和全切齿破坏。通过将结构面三维空间点云数据和对应剪切位移处的法向位移值相结合的方法，得到特定剪切位移处的结构面隙宽演化云图，从而分析结构面在剪切过程中的动态演化过程，得到其破坏机理。

• 单位
  煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室; 重庆大学