【摘 要】
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岩体结构面对工程岩体的稳定性起决定性作用,岩体的破坏机制在很大程度上受到岩体结构面的控制,所以研究岩体结构面的剪切力学特性具有着重要的理论价值与工程意义。由于岩体
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岩体结构面对工程岩体的稳定性起决定性作用,岩体的破坏机制在很大程度上受到岩体结构面的控制,所以研究岩体结构面的剪切力学特性具有着重要的理论价值与工程意义。由于岩体结构面的室内试验存在取样困难、无法重复试验等局限性,本文基于颗粒流软件(PFC5.0)建立二维颗粒流岩体结构面直剪模型,在对结构面试件进行单轴压缩数值试验、直剪数值试验的基础上实现对模型细观参数的标定,针对PFC5.0版本中改动的细观参数,研究参数取值变化对模型宏观力学性质的影响,对细观参数进行敏感性分析;然后开展在不同起伏角和逆起伏角下的锯齿型结构面在不同法向应力与不同剪切速率条件下的数值直剪试验,综合分析不同的内外部条件对锯齿型结构面剪切特性的规律;最后从细观动态角度研究锯齿型结构面的剪损机理。研究成果丰富了颗粒流离散元模型的建模方法,也可为锯齿型岩体结构面的相关力学性质研究提供参考。本文的主要研究成果如下:(1)针对PFC5.0中改动的细观参数,基于单轴抗压与平直结构面抗剪数值试验,研究了上述细观参数的取值变化对结构面宏观力学性质的影响规律,将平行黏结抗拉强度(pb_ten)等细观参数与单轴峰值抗压强度等宏观参数的关系曲线进行拟合,并得出了拟合关系式;总结了宏观力学参数对上述细观参数的敏感性,将细观参数的敏感性影响进行了排序。(2)针对锯齿型结构面的剪切力学特性,利用PFC5.0软件中的光滑节理接触模型表征结构面力学性质,基于单锯齿型和多锯齿型结构面数值直剪试验,通过改变结构面模型内外部相关条件,得到结构面模型在不同起伏形态、不同法向应力及剪切速率条件下的峰值剪切应力值、残余剪切应力值,分析了锯齿型结构面在不同内外部条件下的剪切特性。(3)针对锯齿型结构面的细观剪损机理,基于颗粒流软件获取的结构面颗粒位移矢量变化图,微裂纹扩展变化图等,分析不同起伏度与不同法向应力对锯齿型结构面数值直剪模型的剪损破坏机理的差异。结果表明,锯齿型结构面的剪损破坏分为沿滑移面磨损破坏、局部贯通剪断破坏及整体贯通剪断破坏3种破坏模式。随着锯齿型结构面起伏度与法向应力的增加,锯齿型结构面的破坏模式由沿结构面滑移面的磨损型破坏逐渐向整体贯通性的剪断破坏演进。
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