岩石自然结构面刻录制作方法及其直剪条件下磨损特征分析

摘要

岩体结构面剪切强度特性及其剪切过程中的磨损机制研究是工程岩体稳定性分析的关键和基础,首先提出"三维光学扫描技术+数控刻录技术"的结构面批量制作方法并刻录了含自然结构面形貌的砂岩、大理岩、花岗岩剪切试样,进而开展不同法向应力下上述3种岩石自然结构面的直剪试验及其同步声发射监测,最后利用点云配准算法实现了剪切前后结构面3D扫描点云数据重合,并深入分析剪切条件下岩石自然结构面磨损特征。试验分析表明,所提出的岩石自然结构面刻录方法保真率高、试验结果一致性好;依据同步声发射信号特征可将剪切过程大体分为3个阶段:I摩擦滑动阶段、II剪切啃断阶段、III峰后磨损下降阶段;进一步对比分析结构面剪切前后的2D和3D的细观形貌基础上揭示结构面剪切磨损在细观上具有正斜面滑动、陡坎非均匀磨损、凸点局部啃断特征,宏观上具有剪切破坏区域分布的局部化和非均匀性特征,这对于含自然结构面的工程岩体抗剪稳定性分析具有重要参考意义。