Shear Properties of Anisotropic Structural Surfaces with Similar Strength
-
摘要: 为加深对异性结构面力学性质的认识,基于Barton标准剖面线制作了4种粗糙系数的石膏-砂浆结构面试样,两种材料的强度相近,在3种法向应力下进行室内直剪试验和数值模拟。根据得到的两类剪切变形曲线,并对强度相近异性结构面的峰值剪切强度随粗糙系数和法向应力增长而变化的规律及变形特征进行分析;依据数值模拟结果总结了强度相近异性结构面的剪切破坏模式。研究发现强度相近的异性结构面剪切存在如下特征:低粗糙系数结构面的剪切应力-位移曲线到达峰值后即进入残余变形阶段,而较高粗糙系数结构面的剪切应力-位移曲线存在明显的软化阶段;剪切应力增长得快慢与粗糙系数、法向应力正相关;在不同法向应力下,随粗糙系数的增大,先后发生爬坡破坏、爬坡-啃断破坏、啃断破坏。Abstract: To further understand the mechanical properties of anisotropic structural surfaces, the specimens with gypsum-mortar structural surfaces in four joint roughness coefficients were made based on the standard Barton’s section lines of structural surfaces. Particularly, gypsum and mortar had the similar uniaxial compressive strength. Two kinds of curves between shear stress and displacement were obtained by indoor direct shear tests under three kinds of normal stress. Consequently, the change laws for peak shear strength of specimens with gypsum-mortar structural surfaces with the increase of joint roughness coefficients and normal stress were analyzed. Based on the numerical simulating results, the shear failure modes of anisotropic structural surfaces with similar strength were summarized. The curves between shear stress and displacement of anisotropic structural surfacess with lower roughness coefficients developed to the residual deformation stage after reaching peak values, while the curves of specimens with higher roughness coefficients evolved to the obvious softening stage. The growth rates of shear stress was positively correlated with roughness coefficients and normal stress. Under different normal stress, climbing failure, climbing-gnawing failure and gnawing failure occured successively to the anisotropic structural surfaces with similar strength as the roughness coefficient increased.
-
[1] 贺建明, 吴刚. 岩体异性结构面的抗剪强度准则[J]. 重庆大学学报, 1994, 17(2):105-110. [2] 刘小然, 周宏伟, 李洪. 岩石-混凝土相互作用力学行为的数值模拟研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2005, 24(增刊2):5648-5651. [3] 易成, 王长军, 刘晋艳, 等. 两体接触面剪切力学行为的三维数值分析[J]. 岩土力学, 2008, 29(8):2149-2156. [4] YANG C X, JIANG Q, LI Y H, et al. Shearing performance of natural matched joints with different wall strengths under direct shearing tests[J]. Geotechnical Testing Journal, 2018, 41(2):371-389. [5] WU Q, XU Y J, TANG H M, et al. Peak shear strength prediction for discontinuities between two different rock types using a neural network approach[J]. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 2019, 78(4):2315-2329. [6] 何刘, 赵志明, 吴光, 等. 岩体结构面表面形态剪切弱化行为特征试验研究[J]. 岩土力学, 2020(增刊2):1-11. [7] KODIKARA J K, JOHNSTON I W. Shear behaviour of irregular triangular rock-concrete joints[J]. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts, 1994, 31(4):313-322. [8] GHAZVINIAN A H, TAGHICHIAN A, HASHEMI M, et al. The shear behaviour of bedding planes of weakness between two different rock types with high strength difference[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 2010, 43(1):69-87. [9] 方堃, 吴琼, 王姣, 等. 基于颗粒流异性层面剪切特性及演化机理研究[J]. 长江科学院院报, 2014, 31(11):31-37. [10] 张雅慧, 汪丁建, 唐辉明, 等. 基于PFC2D数值试验的异性结构面剪切强度特性研究[J]. 岩土力学, 2016, 37(4):1031-1041. [11] 范祥, 邓志颖, 崔志猛, 等. 一种新的软-硬节理峰值剪切强度模型[J]. 岩土力学, 2021, 42(7):1861-1870. [12] 黄胜. 高烈度地震下隧道破坏机制及抗震研究[D]. 武汉:中国科学院武汉岩土力学研究所, 2010. [13] 赵坤, 陈卫忠, 赵武胜, 等. 地下工程衬砌与减震层接触面力学特性直剪试验与数值仿真[J]. 岩土力学,2018, 39(7):2662-2670. [14] 张茂础, 盛谦, 崔臻, 等. 围岩-衬砌接触面剪切力学性质及破坏机制的试验研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2020, 39(3):550-559. [15] 朱瑞娟, 顾琳琳. 规则齿形结构面剪切-渗流耦合特性[J]. 工业建筑, 2020, 50(10):101-105. [16] 冯鹏, 张汉青, 孟鑫淼, 等. 3D打印技术在工程建设中的应用及前景[J]. 工业建筑, 2019, 49(12):154-165,194. [17] BARTON N, CHOUBEY V. The shear strength of rock joints in theory and practice[J]. Rock Mechanics and Rock Engineering, 1978, 10(1/2):1-54. [18] 曹平, 何云, 范祥, 等. 剪切前后结构面表面形貌纹理特征变化[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2013, 44(11):4624-4630. [19] 蔡美峰,何满朝,刘东燕. 岩石力学与工程[M]. 北京:科学出版社,2013. 期刊类型引用(17)
1. 杨青,汪金美,刘星星,付灵美,段召琳,吴婵媛. 中国建筑碳减排-环境保护-经济发展系统耦合效应的危机转化. 环境科学. 2025(04): 2035-2046 . 百度学术
2. 李菁. 产业集聚对中国建筑业高质量发展的影响研究. 管理现代化. 2024(01): 12-21 . 百度学术
3. 张雅楠. 京津冀建筑业三维系统耦合协调的时空特征分析. 商业观察. 2024(15): 79-83 . 百度学术
4. 陈涛,张影,马甜甜,刘思雨. 云南省建筑业与经济高质量发展耦合协调研究. 建筑经济. 2024(S2): 50-55 . 百度学术
5. 章蓓蓓,何南方. 安徽省建筑业高质量发展空间分异研究. 铜陵学院学报. 2023(02): 33-38 . 百度学术
6. 段宗志,汪红雨,周苇苇. 高质量背景下安徽省建筑业与经济的发展水平及耦合协调研究. 巢湖学院学报. 2023(01): 39-48 . 百度学术
7. 姜琳,赵梦伊,潘辉,赵艳飞. 建筑工业化与新型城镇化的协调发展研究. 天津城建大学学报. 2023(03): 197-202 . 百度学术
8. 陈健. 从建设工程企业资质管理制度改革看高职建筑施工技术专业人才培养的适应性. 中国建设教育. 2023(02): 148-153 . 百度学术
9. 王洪强,郭秋静,李思茹,张英婕. 建筑业—城镇化—经济协调发展测度研究——基于我国31个省际数据的实证分析. 管理现代化. 2022(02): 9-16 . 百度学术
10. 姜能涛. 商贸流通业创新发展与区域经济的耦合协调关系研究. 商业经济研究. 2022(12): 21-24 . 百度学术
11. 钱应苗,余梦媛,袁瑞佳. 长三角建筑业高质量发展路径识别研究——基于模糊集定性比较分析. 沈阳大学学报(社会科学版). 2022(05): 483-494 . 百度学术
12. 段宗志,汪红雨,周苇苇. 安徽省建筑业-经济-资源环境协调发展研究. 唐山学院学报. 2022(06): 79-86 . 百度学术
13. 肖钦文,陈茜,张涛,何潇蓉. “双碳”目标下建筑业—区域经济—生态环境协调发展研究——以河北省为例. 环境保护与循环经济. 2022(11): 11-18 . 百度学术
14. 朱荣,孙婉琪,蔺雪芹. 甘肃省建筑业发展与经济增长相互影响实证研究——基于1979—2017年的数据分析. 开发研究. 2022(05): 138-146 . 百度学术
15. 陈秉谱,何兰兰,刘洋. 定西市中药材产业-区域经济-生态环境协调发展分析. 科学与管理. 2021(04): 88-94 . 百度学术
16. 王旭,郑璎培,李明宝. 东三省土地经济密度时空差异与驱动机制研究——基于建筑业因素的实证分析. 特区经济. 2021(10): 87-91 . 百度学术
17. 杨金霞. 建筑业资质管理现状与思考. 科技资讯. 2021(35): 98-100 . 百度学术
其他类型引用(27)
-

计量
- 文章访问数: 130
- HTML全文浏览量: 19
- PDF下载量: 0
- 被引次数: 44