Page 109 - 《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

峰值抗剪强度以及滑移特征。此外，基于三维扫描技术分析了剪切前后结构面的损伤特征。最后，对动
态剪切后的砂岩损伤结构面开展了渗流试验，获得了不同剪切速率、粗糙度及围压对结构面裂隙渗流特
性的影响。得到了以下结论：
(1) 随着剪切速率的增加，砂岩结构面峰值抗剪强度呈幂函数下降的趋势；而砂岩结构面的峰值抗
剪强度随着粗糙度系数的增加而增大，且粗糙度对峰值抗剪强度的影响程度高于剪切速率；砂岩结构面
的剪切刚度与结构面粗糙度系数呈正相关，受剪切速率的影响规律不明显；
(2) 不同粗糙度的结构面滑移特征相近，在动态剪切过程中，高应变区首先出现在粗糙面不均匀凸
起处；随着剪切荷载的增加，砂岩结构面的不均匀性增加，并逐渐连接贯通，最终形成剪切带；此外，试样
的法向位移随着切向位移的增加呈先上升后稳定的趋势；
(3) 结构面的粗糙度系数退化率以及损伤面积均随着剪切速率的增加总体呈线性增加的趋势；在相
同剪切速率下，损伤程度随着粗糙度系数的增加而增大；此外，剪切速率对粗糙结构面的高程影响程度
显著高于对坡向的影响；
(4) 在相同的粗糙度条件下，结构面的损伤程度随着剪切速率的增加而加剧，造成渗流通道开度下
降，导致结构面的渗透性能降低；损伤结构面的水力梯度与体积流量关系符合 Forchheimer 方程，且压力
梯度随剪切速率和围压的增加而增大，而随着粗糙度的增加而下降；此外，剪切损伤结构面的渗透系数
随着剪切速率的增加而下降，而随着粗糙度系数的增加而上升。

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