岩石摩擦滑动位移场时空演化特征研究

摘要

采用双面剪切模型实验方法,对一种花岗岩试件进行岩石摩擦滑动实验研究。以CCD相机构建实验图像数据采集系统,利用数字散斑相关方法对岩石试件在摩擦滑动过程中的位移场、滑动面的滑动位移及变形能密度的演化特征进行研究。研究结果表明:(1)剪应力初始缓慢增长阶段,滑动岩块位移场空间非均匀分布是由试件自身随机缺陷和滑动接触面上随机分布的凹凸体的变形引起,位移主要为试件的弹性变形位移;剪应力线性增长阶段,试件局部区域处于滑动状态,试件位移场的空间分布受滑动面主导,试件整体位移场体现出较规则分布特点;剪应力非线性增长阶段,试件位移场空间演化上,滑动面分布有强段和弱段,滑动面弱段位移场等值线呈均匀分布,等值线近似直线且相互平行,滑动面强段的位移场等值线呈非均匀分布,位移场等值线呈曲线状;试件位移场时间演化上,强段和弱段区域随载荷增长呈动态变化。(2)影响滑动面强段分布的因素为凹凸体的阻碍性,凹凸体的阻碍性不仅与其自身强度有关,还与所在区域滑动面间的咬合程度有关;滑动面水平位移演化受滑动面强段摩擦滑动状态控制,水平位移曲线与加载曲线有较好的对应关系。(3)在剪应力非线性增长阶段,滑动面强段处于静摩擦和滑动的交替状态,滑动面滑动速度表现出突变现象,变形能密度在此阶段发生积累与释放的波动式演化特征。