砂岩-混凝土结构面剪切特性试验研究及离散元模拟

摘要

为从宏、细观角度揭示常法向刚度（Constant Normal Stiffness,CNS）条件下锯齿状砂岩-混凝土结构面剪切机制,首先采用湖南大学自主改造的CNS岩石直剪仪开展3组砂岩-混凝土结构面室内剪切试验.在此基础上,采用刚性墙替代法建立与室内试验相应的离散元数值模型,并引入3个显式运动学方程控制砂岩试样运动轨迹从而实现CNS条件加载,将数值模拟与试验结果对比验证了模型的合理性.随后,开展16个工况的数值剪切试验,通过观察剪切裂纹扩展和力链演化形态,从细观角度揭示结构面破坏模式和荷载传递机制,并从宏观角度分析锯齿几何尺寸（半波长λ、起伏角θ）和加载边界条件(初始法向应力σ_n0、法向刚度K)对剪切强度和法向膨胀的影响.结果表明:剪切裂纹按照“平稳增加—急剧增加—增幅减小”的发展趋势由结构面区域逐渐向岩石内部扩展,结构面破坏模式随起伏角的增大由滑移磨损向剪断破坏过渡,剪切强度随λ、θ、σ_n0和K的增加呈指数函数型增加.

关键词

桩 / 直剪试验 / 砂岩-混凝土结构面 / 离散元法 / 常法向刚度