恒定法向刚度条件下三维粗糙裂隙面剪切力学特性

作     者：尹乾 靖洪文 孟波 刘日成 吴应杰 YIN Qian;JING Hongwen;MENG Bo;LIU Richeng;WU Yingjie

作者机构：中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059 

出 版 物：《岩石力学与工程学报》 (Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering)

年 卷 期：2020年第39卷第11期

页      面：2213-2225页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080104[工学-工程力学] 0815[工学-水利工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51904290,51504247) 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室开放基金项目(SKLGP2020K021) 

主　　题：岩石力学 恒定法向刚度 裂隙面 粗糙度系数 法向应力 二值化 

摘      要：通过恒定法向刚度边界条件下真实三维粗糙裂隙面剪切试验,研究初始法向应力(0.02~8 MPa)和粗糙度系数JRC(12~18)对裂隙面剪切应力、法向位移、法向应力和表面剪切磨损特征的影响。结果表明:整个剪切过程中,裂隙面法向位移–法向应力拟合关系为一组平行直线,法向边界刚度保持在10.8 GPa/m。随着初始法向应力和粗糙度系数的增加,裂隙面法向应力均逐渐增大,初始剪应力峰值分别增加了6.201~9.974倍和22.70%~55.76%;裂隙面法向位移随初始法向应力的增加逐渐减小,而随JRC的增加,由于剪切过程中沿凸起体的爬坡效应趋于显著,剪胀变形逐渐加剧。峰值表面阻力指数随初始法向应力的增加线性减小,而随JRC的变化增加了10.82%~36.46%。随着粗糙度系数的增加,初始剪应力峰值强度包络线变得陡峭;剪切磨损阶段,法向应力–剪切应力路径可通过线性函数较好地拟合,且随着初始法向应力的增加,拟合曲线趋于平缓。二值化计算结果表明试验后裂隙面剪切面积占比随初始法向应力和粗糙度系数分别增加了1.032~1.799倍和8.63%~71.81%,剪切磨损特征趋于显著。