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岩体节理的剪切性质研究是岩石力学与岩石工程中的一项重要基础研究,涉及与岩石工程有关的各个领域,其预测的准确性直接关系工程的安全性和经济性。本文通过对岩体节理剪切试验数据的分析,提出了岩体节理分量式剪切本构模型,并基于模型采用双安全系数来分析岩质边坡的安全性,具有明确的物理意义。
本研究首先通过分析岩质边坡节理的工程地质特性,包括风化现状、充填条件、应力历史、应力条件及尺寸效应,明确了应用领域。基于岩体节理直剪实验数据,提出了以剪切位移为基本变量,包含抗剪断分量、剪胀分量和残余摩擦分量三部分构成的分量式剪切本构模型。节理剪切硬化和软化现象为抗剪断分量与剪胀和残余摩擦耦合作用分量相互叠加的结果。进一步给出了该模型的适用范围,该本构模型仅适用于一定法向应力范围内的峰值型剪切应力-剪切位移曲线,对于剪切硬化性的剪切应力-剪切位移曲线适应性较差。在提出的分量式剪切本构模型的基础上,根据本构模型中各个分量发挥的顺序,给出了岩质边坡双折减安全系数的定义和具体的求解原则。采用双安全系数评价岩质边坡稳定性的意义便在于:双安全系数能够明确地表示出节理粗糙度分量(抗剪断分量、剪胀角分量)与残余摩擦分量对于边坡稳定性所做出的贡献及发挥的先后顺序,其工程应用的价值则不一定是主要的。最后应用PFC3D软件模拟节理的力学行为,解释剪切过程中节理表面和岩体内部应力的分布过程,对宏观现象进行补充说明。