Page 101 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 蔚立元，等： 动态恒速剪切下砂岩粗糙结构面的力学行为及嗣后渗流特性 第 6 期

11
R 0 =8.87 6 5 R 0 =8.87
τ max =22.216v −0.194
R 0 =12.43
R 0 =12.43
10
Peak shearing strength/MPa 9 8 7 τ max =18.886v −0.189 R 2 =0.968 R 0 =18.38 Shear stiffness/MPa 4 3 R 0 =18.38
R 2 =0.982
R 0 =15.60
R 0 =15.60
R 2 =0.945
τ max =14.718v −0.140
6
τ max =10.455v −0.128
R 2 =0.900
1 2
5
40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
Shear velocity/(mm·s ) Shear velocity/(mm·s )
−1
−1
图 7 剪切速率对粗糙结构面峰值抗剪强度的影响 图 8 剪切速率对粗糙结构面剪切刚度的影响
Fig. 7 Influence of shear velocity on the peak shearing Fig. 8 Influence of shear velocity on the shear stiffness
strenght of rough structural planes of rough structural planes
2.2 粗糙结构面滑移特征

为了进一步分析剪切速率和粗糙度对砂岩结构面动态剪切行为的影响，采用数字图像相关（digital
image correlation, DIC）技术分析剪切过程中砂岩粗糙结构面的滑移行为。动态恒速剪切条件下砂岩结构
面应变场如图 9 所示。在动态剪切作用下，高应变区域首先出现在结构面显著凸起区域。随着剪切应
力的增加，应变集中程度加剧，且试样剪切起始侧高应变区逐渐汇聚，沿着结构面呈带状分布。随后在
剪切应力作用下，整个结构面高应变区贯通，最终发生滑移。此外，剪切速率和结构面粗糙度对结构面
的高应变区面积具体显著影响。当 R =8.87 时，由于粗糙表面凸起少、高程低，因此在相同剪切速率下结
0
x 0 ms x 15 ms x 30 ms x 45 ms x 70 ms

y y y y y

Uneven strain Uneven strain Uneven strain Structural plane
appears intensifies penetrates slips
(a) R 0 =8.87, v=90 mm/s Strain
0.010
x 0 ms x 10 ms x 20 ms x 30 ms x 50 ms
0.008
y y y y y
0.006
0.004
0.002
(b) R 0 =12.43, v=130 mm/s
0
x x x x x
0 ms 10 ms 20 ms 30 ms 50 ms −0.002
y y y y y
−0.004
Tensile crack Tensile crack Tensile crack −0.006
initiation propagation propagation
−0.008
(c) R 0 =15.60, v=130 mm/s
−0.010
x 0 ms x 5 ms x 10 ms x 15 ms x 30 ms
y y y y y

(d) R 0 =18.38, v=210 mm/s

图 9 动态剪切条件下不同时刻砂岩结构面应变演化
Fig. 9 Strain evolution of sandstone structural planes at different times under dynamic shear conditions

061422-7