基于天然三维不规则岩石结构面抗剪强度的应力及尺寸效应研究

论文摘要

大量实际工程表明,岩体破坏主要是由于岩体结构面破坏引起的。岩体结构面剪切特性,尤其是结构面抗剪强度应力效应和尺寸效应对于岩体结构面物理力学性质有着重要影响,对此,国内外众多学者也进行了大量研究,但是对于三维不规则结构面研究相对较少。因此本文主要开展了天然三维不规则岩体结构面抗剪强度的应力效应和尺寸效应研究。本文结合三维扫描技术和3D打印技术,制作与原岩结构面一致的结构面面板,利用自制的一体化模具制作了46组结构面模型试样,通过多功能岩土体接触破损测试系统开展了室内直剪试验,分析了法向应力、结构面粗糙度以及尺寸对结构面峰值及残余抗剪强度的影响规律。主要工作和结论如下:1.采用MetraSCAN?手持式三维激光扫描仪扫描原岩获取其表面形态,并通过3D打印机打印出结构面面板,结合自行研制的一体化模具制得3种不同尺寸以及粗糙度的结构面模型试样。2.通过不同法向应力下的结构面破坏模式试验可知,结构面在低法向应力下主要发生爬坡和爬坡啃断破坏,在中高法向应力下主要以啃断以及完全啃断破坏为主。3.通过对3种不同粗糙度结构面在全应力范围内开展直剪试验可知,同一粗糙度的结构面,随着法向应力的增大,结构面峰值和残余抗剪强度也随之增大;在低法向应力范围内,结构面在同一法向应力作用下其峰值和残余抗剪强度随着JRC值的增大而增大,而在高法向应力范围内无明显规律;结构面峰值剪切位移均随着法向应力的增大而增大。4.通过室内直剪试验,结合Photoshop软件处理,获得不同法向应力下结构面剪损面积的变化规律,由试验结果可知,结构面的上盘剪损面积总体要小于下盘剪损面积,且剪损面积占比随着法向应力的增大而增大。5.通过对同一粗糙度3种不同尺寸的结构面在3种不同法向应力级别下进行直剪试验可知,结构面抗剪强度的尺寸效应并不明显。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 引言
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 对于规则岩体结构面剪切特性的研究现状
•     1.2.2 对于天然不规则岩体结构面剪切特性的研究现状
•     1.2.3 当前研究存在的不足之处
•   1.3 研究内容及技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
•   1.4 本文的创新点
• 第二章 三维不规则岩石结构面的制作及粗糙度的测算
•   2.1 引言
•   2.2 野外天然岩石的获取
•   2.3 基于三维扫描天然岩石结构面表面形态的获取
•     2.3.1 三维扫描技术简介
•     2.3.2 三维扫描仪的性能及使用方法
•     2.3.3 基于三维扫描仪获取天然岩石结构面表面形态
•   2.4 天然岩石结构面面板的3D打印制作
•     2.4.1 3D打印技术简介
•     2.4.2 3D打印机的性能及使用方法
•     2.4.3 基于3D打印机获取天然岩石结构面面板
•   2.5 天然岩石结构面粗糙度的测算
•   2.6 本章小结
• 第三章 基于天然三维不规则岩石结构面抗剪强度的应力效应试验研究
•   3.1 引言
•   3.2 室内直剪试验
•     3.2.1 试验材料的获取
•     3.2.2 试验仪器介绍
•     3.2.3 试样制备
•     3.2.4 试验方案设计
•     3.2.5 直剪试验过程
•   3.3 结构面抗剪强度的应力效应试验结果及分析
•     3.3.1 结构面剪切破坏模式分析
•     3.3.2 结构面剪切应力与剪切位移之间的关系
•     3.3.3 结构面峰值及残余抗剪强度与法向应力之间的关系
•     3.3.4 结构面峰值剪切位移与法向应力之间的关系
•     3.3.5 结构面峰值及残余抗剪强度与粗糙度之间的关系
•     3.3.6 结构面剪损面积与法向应力之间的关系
•   3.4 本章小结
• 第四章 基于天然三维不规则岩石结构面抗剪强度的尺寸效应试验研究
•   4.1 引言
•   4.2 试验方案设计
•   4.3 结构面抗剪强度的尺寸效应试验结果及分析
•     4.3.1 不同尺寸下结构面剪切应力与剪切位移之间的关系
•     4.3.2 结构面峰值及残余抗剪强度与尺寸之间的关系
•   4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈超

导师: 罗战友,邹宝平

关键词: 岩体结构面,三维扫描技术,打印技术,直剪试验,应力效应,尺寸效应

来源: 浙江科技学院

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: 浙江科技学院

分类号: TU45

总页数: 65

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