砂岩剪切破裂面形貌特征及粗糙度各向异性

摘要

岩体破裂面的形态特征是影响其剪切滑移破坏的重要因素，法向应力是岩体剪切破裂面形态特征的重要影响因素.为研究法向应力对砂岩剪切破裂面形貌特征和粗糙度的影响，首先开展了砂岩双面剪切试验，获得不同法向应力作用下砂岩剪切破裂面，然后对直剪试验中形成的剪切破裂面进行三维光学扫描，最后对不同法向应力作用下砂岩剪切破裂面进行三维重构.分析了法向应力对剪切破裂面粗糙高度特征参数的影响，基于各向异性参数研究了砂岩剪切破裂面粗糙度各向异性特征，研究了砂岩剪切破裂面分形特征与粗糙度的关系.结果表明，砂岩剪切破裂面粗糙高度期望值、标准差、均值和最大起伏差都随法向应力的增大而增大；剪切破裂面粗糙度表现出显著的各向异性，随着与剪切方向夹角的增大，砂岩剪切破裂面粗糙度先减小后增大；法向应力为压应力时，剪切破裂面粗糙度在与剪切方向成75°～90°时取得最小值；剪切破裂面粗糙度极差和各向异性参数随法向应力的增大逐渐增大，剪切破裂面各向异性特征增强；砂岩剪切破裂面分形维数与粗糙度呈幂函数关系.

关键词

剪切破裂面 / 形貌特征 / 粗糙度 / 各向异性 / 分形维数

基金资助

国家自然科学基金资助项目（42307222）; 黄土地区公路建设与养护技术交通行业重点实验室开放课题（KLTLR-Y23-5）; 山西省基础研究计划项目（20210302123359）