考虑非平稳趋势向影响的结构面抗剪强度模型研究

摘要

结构面非平稳趋势向(结构面与剪切平面之间的夹角)的存在直接影响结构面试样抗剪强度评价的准确性。现有抗剪强度计算模型未考虑结构面非平稳趋势向的影响,不适用于趋势向非平稳的结构面抗剪强度计算。为此,在定量表征结构面趋势向α和β(α为结构面沿剪切方向的倾角,β为结构面沿垂直于剪切方向的偏转角)的基础上,以结构面最小二乘拟合平面为参考平面,将外部施加的法向、切向应力分解为参考平面的法向、切向应力,并据此建立考虑非平稳趋势向影响的结构面抗剪强度模型,采用数值解析法计算该模型的数值解,通过直剪试验对数值解的准确性进行验证。研究结果表明:结构面抗剪强度主要受趋势向α控制,而趋势向β对抗剪强度的影响比重小于1.5%,计算时可忽略不计;抗剪强度的改进值相对其原型值的误差上下限随法向应力的增大而增大、随结构面三维粗糙度JRC3D的增大而增大;相较于未考虑趋势向影响的抗剪强度模型,改进模型计算得出的抗剪强度的准确率分别提高了24.45%,23.693%,25.37%,14.504%,所提出的结构面抗剪强度模型可有效评价含非平稳趋势向的结构面抗剪强度,为岩体结构面抗剪强度的估算奠定了理论基础。