中国地质环境监测院
中国地质灾害防治工程行业协会
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加锚贯通节理岩体宏细观剪切破坏特性

宋洋, 赵玉兵. 加锚贯通节理岩体宏细观剪切破坏特性[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2021, 32(1): 95-101. doi: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2021.01.13
引用本文: 宋洋, 赵玉兵. 加锚贯通节理岩体宏细观剪切破坏特性[J]. 中国地质灾害与防治学报, 2021, 32(1): 95-101. doi: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2021.01.13
SONG Yang, ZHAO Yubing. Macroscopic and microscopic shear failure characteristics of anchored penetrating jointed rock mass[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2021, 32(1): 95-101. doi: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2021.01.13
Citation: SONG Yang, ZHAO Yubing. Macroscopic and microscopic shear failure characteristics of anchored penetrating jointed rock mass[J]. The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 2021, 32(1): 95-101. doi: 10.16031/j.cnki.issn.1003-8035.2021.01.13

加锚贯通节理岩体宏细观剪切破坏特性

  • 基金项目: 国家自然基金(51974146);辽宁省自然科学基金(2019-ZD-0042)
详细信息
    作者简介: 宋 洋(1982-),男,辽宁丹东人,副教授,主要从事岩土与隧道方面的研究。E-mail:lgdsongyang@163.com
    通讯作者: 赵玉兵(1994-),男,安徽六安人,研究生,主要从事岩土与隧道方面的研究。E-mail:1011213970@qq.com
  • 中图分类号: TU45

Macroscopic and microscopic shear failure characteristics of anchored penetrating jointed rock mass

More Information
  • 为了研究加锚贯通节理岩体的剪切破坏特性,根据室内实验及数值模拟软件PFC2D,分析了不同法向应力及不同锚固角度作用下,加锚贯通节理岩体的抗剪性能及内部细观裂纹的演变过程。研究表明:(1)随着锚固倾角的增加,加锚节理岩体抗剪强度呈现先增大后减小的趋势,且在锚固角度为60°时,其抗剪强度最大,锚固效果最好。随着法向应力越大,加锚节理岩体抗剪强度越高,其抗剪性能越好。(2)随着剪切位移的不断增加,由初期阶段在锚杆和节理附近产生的少量裂纹通过不断的向外扩展,最终在锚杆和节理交界处聚集了大量的裂纹,其中裂纹以张拉裂纹为主。(3)锚固角度及法向应力对裂纹扩展影响显著,随着法向应力的增加,裂纹数也呈现了增加的趋势,且岩体破坏越严重。随着锚固角度的变化,加锚节理岩体破坏时形成的裂纹数量有先减小后增大的趋势,且在锚固角度为60°时,产生的裂纹最少。

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  • 图 1  试验系统实物图

    Figure 1. 

    图 2  制作完成的部分试件

    Figure 2. 

    图 3  室内单轴压缩试验与数值试验对比图

    Figure 3. 

    图 4  室内直剪试验与数值试验对比图

    Figure 4. 

    图 5  加锚节理岩体数值模型图

    Figure 5. 

    图 6  不同法向应力的作用下节理岩体试件的剪力-位移曲线图

    Figure 6. 

    图 7  不同锚固倾角的峰值抗剪强度随着不同法向应力的变化曲线

    Figure 7. 

    图 8  峰值强度随着锚固角度的变化图

    Figure 8. 

    图 9  加锚节理岩体在不同剪切位移处裂纹的扩展图

    Figure 9. 

    图 10  剪切应力、裂纹数目、裂纹种类随剪切位移增加的变化图

    Figure 10. 

    图 11  不同锚固角度下,裂纹总数、张拉裂纹、剪切裂纹随剪切位移变化图

    Figure 11. 

    图 12  不同法向应力下,裂纹总数、张拉裂纹、剪切裂纹随剪切位移变化图

    Figure 12. 

    表 1  宏观物理力学参数

    Table 1.  Macrophysical and mechanical parameters

    抗压强度/MPa泊松比弹性模量/GPa内摩擦角/(°)黏聚力/MPa
    10.10.31.24364.56
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    表 2  加锚岩体数值模型细观参数表

    Table 2.  Mesoscopic parameter table of numerical model of anchored rock mass

    名称数值名称数值
    最小粒径0.5摩擦因数 1.0
    颗粒粒径比1.4黏结抗拉强度30.2
    体积密度1890黏结抗剪强度30.2
    颗粒模量5.0平行黏结模量 4.86
    颗粒刚度比1.8平行黏结半径因子 1.0
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    表 3  不同法向应力的作用下及四种不同锚固角度的加锚节理岩体模型进行直剪试验表

    Table 3.  Direct shear test results of anchored rock mass models under different normal stresses and four different anchoring angles

    试验号法向应力/MPa锚固角度/(°)峰值强度/MPa
    A1130°4.210
    A2145°5.568
    A3160°6.210
    A4190°3.982
    B11.530°4.519
    B21.545°5.912
    B31.560°6.586
    B41.590°4.293
    C1230°4.828
    C2245°6.257
    C3260°6.962
    C4290°4.605
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    表 4  不同剪切位移处剪切裂纹数、张拉裂纹数及裂纹总数表

    Table 4.  Number of shear cracks, number of tensile cracks and total number of cracks at different shear displacements

    剪切位移/mm剪切裂纹数张拉裂纹数裂纹总数
    0.457232447
    1.05246181227
    1.65778330408
    2.459108530638
    3.000125790915
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出版历程
收稿日期:  2020-04-05
修回日期:  2020-04-16
刊出日期:  2021-02-25

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