围岩-衬砌接触面剪切力学性质及破坏机制的试验研究

摘要

基于巴西劈裂试验和三维扫描、3D打印技术,制作了围岩-衬砌接触面模型,结合围岩、衬砌的混凝土模拟材料,制备围岩-衬砌接触试样,通过模拟围岩-衬砌接触试样的剪切试验,研究围岩-衬砌接触面的剪切力学性质和破坏机制,分析影响其力学性质的主要因素,探究了围岩-衬砌接触面的抗剪强度公式,研究结果表明:围岩-衬砌接触试样的剪切曲线呈现出延性和脆性2种破坏类型;法向应力、接触面粗糙度和两侧材料力学性质对围岩-衬砌接触面的剪切变形、强度和破坏形态均有影响,对比发现接触面两侧材料属性的影响大于接触面粗糙度;接触面的剪切力学性质和破坏形态不仅取决于各因素的大小,还取决于其组合作用;依据接触面的破坏特征,将黏着摩擦理论引入Barton经验公式,提出适用于围岩-衬砌接触试样的剪切强度公式,实现了强度特征与影响因素的结合,为地震作用下的围岩-衬砌相互作用研究提供了试验参考。