岩石节理面剪切强度弱化的试验研究

论文摘要

本文采用水泥砂浆作为相似的模型材料制作了四种不同起伏角的节理面试件,并在五种不同的法向应力下进行了节理面的剪切试验。通过对试验所得的剪切应力-剪切位移曲线进行分析,找出节理面的剪切破坏机理,对节理面的剪切强度与弱化后的残余强度做出量化的分析,并分析其弱化的过程机理。对试验所得的法向位移-剪切位移曲线进行分析,得出节理面在试验过程中的剪胀扩容特性。根据本文所作的研究主要得出了以下几个方面的结论:（1）对试验后的试件破坏式样及剪切强度-剪切位移曲线进行分析,得出两种破坏模式,起伏角和法向应力都对其有一定的影响,并对剪切强度与残余强度分别进行线性拟合分析,得出起伏角的变化对剪切强度的影响要比对残余强度的影响大,将峰值强度与残余强度之比作为强度弱化的指标,得出起伏角对其的影响。对两种强度下的拟合公式进行Coulomb-Mohr准则对比,得出弱化过程中的等效粘聚力与等效内摩擦角的变化规律。（2）基于试验的法向位移-剪切位移曲线,将其划分为剪缩、扩容和剪胀三个阶段,对各个阶段的特征数值进行分析,发现法向应力和起伏角对剪胀变形速率的影响。针对剪胀阶段,总结出对数函数形式的剪胀曲线表达式,进而求得相应的剪胀角。（3）引入剪切应力与法向应力之比为摩擦抵抗系数,根据JRC-JCS剪切强度模型公式,提出摩擦抵抗系数模型。再由增量形式的剪切应力方程求出剪切刚度关于法向应力的表达式,并得出相应的剪切位移的表达式,量化节理面的剪切过程,从而得出模型值与试验值比较,并发现两者有较好地匹配性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景和意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 节理面研究现状
•     1.2.1 节理面剪切强度研究现状
•     1.2.2 节理面剪胀变形研究现状
•   1.3 研究的具体内容及步骤
• 第2章 节理面剪切试验
•   2.1 前言
•   2.2 试验目的及流程
•   2.3 试验方案
•   2.4 试验设备
•   2.5 模型材料的选择
•   2.6 模型制作技术
•   2.7 试验与操作方法
•   2.8 本章小结
• 第3章 节理面剪切破坏结果分析
•   3.1 前言
•   3.2 节理面剪切破坏的模式和机理
•     3.2.1 规则锯齿节理面剪切破坏机理
•     3.2.2 规则锯齿节理面剪切破坏模式
•   3.3 强度破坏准则
•   3.4 剪切强度特征分析
•     3.4.1 剪切应力-剪切位移曲线分析
•     3.4.2 峰值剪切强度拟合分析
•     3.4.3 剪切过程残余强度拟合分析
•   3.5 节理面剪切扩容分析
•     3.5.1 节理面扩容曲线分析
•     3.5.2 压密剪缩阶段特征分析
•     3.5.3 扩容阶段曲线特征分析
•     3.5.4 剪胀阶段特征分析
•   3.6 本章小结
• 第4章 节理面剪切强度弱化的参数讨论
•   4.1 前言
•   4.2 剪切强度弱化比的规律
•   4.3 弱化过程黏聚力和内摩擦角的演变分析
•     4.3.1 岩石黏聚力和内摩擦角的物理本质
•     4.3.2 岩石黏聚力和内摩擦角的对比分析
•   4.4 剪胀演化模型
•   4.5 本章小结
• 第5章 抗剪强度经验公式模型对比分析
•   5.1 前言
•   5.2 摩擦抵抗系数行为
•   5.3 摩擦抵抗系数模型
•     5.3.1 摩擦抵抗系数模型公式的确定
•     5.3.2 模型参数的确定
•   5.4 模型对比分析
•   5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 温庆伟

导师: 柯长仁

关键词: 节理面,剪切强度,剪胀,弱化

来源: 湖北工业大学

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: 湖北工业大学

分类号: TU45

总页数: 63

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