节理剪切过程中两翼微凸体接触规律及剪应力模型研究

摘要

为了探究节理剪切过程中微凸体接触规律,对张拉型节理面进行了三维扫描与直剪试验。通过三维点云追踪技术对节理面剪切过程中微凸体接触面积和接触角度进行了统计分析,基于微凸体接触规律建立了剪应力模型。在此过程中,得到如下结论:(1)剪切过程中,随着剪切位移的增大,接触面积逐渐减小,接触点由散落式分布转化为集中式分布,单个接触点面积逐渐增大,接触点数量逐渐减少,法向应力对接触面积影响显著,法向应力越大,接触面积越大。(2)在剪应力峰值前,上部岩块中大多数相互接触的微凸体处于“爬坡”状态,在剪应力峰值以后出现部分接触微凸体处于“背离”状态。剪应力峰值以前绝大多数接触的微凸体能够提供阻抗剪切的力,而在峰后存在部分微凸体无法提供阻抗剪切的力。(3)接触角近似呈现正态分布,随着剪切位移的增大,接触角的平均值呈现先增大后减小的规律。(4)对模型进行验证,结果表明,模型不仅能够描述不同法向应力条件下节理面的抗剪强度,而且能够反映剪应力-剪切位移的关系,证明了模型的合理性,为准确预测节理面抗剪强度提供了一种新的计算方法。