Page 26 - 《爆炸与冲击》2025年第6期

第 45 卷 单仁亮，等： 深部岩体结构面动力特性与致灾效应研究进展 第 6 期

层的滑动行为，还对预防深部岩体动力灾害具有重要意义。崔国建等 [11] 总结了典型动力扰动剪切试验
装置的主要技术参数，自主研制了动力扰动作用下多功能岩石结构面剪切试验装置，并开展了平直花岗
岩应力跃迁试验，发现各级法向应力（σ）下剪应力曲线展现出应变硬化-黏滑特征，且当法向应力大于
5 MPa 时，只发生黏滑滑动，且黏滑效应与法向应力具有明显的相关性，如图 1 所示。

35 35 1.0
6 Normal stress
5 σ=30 MPa σ=30 MPa
30 4 Normal stress 30 0.8
2 σ/MPa 3
25 25
1 20 0.6
σ/MPa 15 0 200 400 600 800 1 000 Normal stress/MPa 15 Friction coefficient
20
t/s
Friction
σ=10 MPa Shear stress σ=10 MPa coefficient 0.4
10 10
σ=5 MPa σ=5 MPa 0.2
5 5
σ=1 MPa σ=1 MPa
0
0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000 0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000
t/s t/s
(a) Shear (normal) stress-time curve (b) Normal stress (friction coefficient)-time curve
图 1 应力阶跃试验结果 [11]
Fig. 1 Results of stress step test [11]

黏滑效应的基本过程可以分为 3 个阶段 [12] 。黏附阶段：接触面由于摩擦力的作用维持相对静止，内
部应力逐渐积累。随着荷载增加或应力集中，局部材料可能发生弹性形变，直至摩擦力无法继续阻止滑
移。滑移阶段：当应力超过界面摩擦力的承受能力时，结构面突然滑移，伴随能量的释放。滑移速率可
能瞬间变大，引起应力的突发变化。滑移后应力积累阶段：滑移后应力重新积累，形成黏滑循环。这种
循环可以导致结构面在长时间作用下出现破坏或不稳定。黏滑效应的影响因素如表 1 所示。

表 1 黏滑效应的影响因素 [10, 12]
Table 1 Influencing factors of stick-slip effect [10, 12]
影响因素 影响机理
法向应力 较高的法向应力往往会增加摩擦阻力，从而延缓滑移的发生
接触面粗糙度 高粗糙度表面更容易触发黏滑效应
加载速率 较高的加载速率可能使滑移阶段更具破坏性
材料属性 材料的黏弹性、塑性等特性影响黏滑效应的发生频率和强度

为便于阐述起伏角角度 α 和结构面角度 β 对
结构面力学特性的影响，将其总结如图 2 所示。
在实际工程中，由于围岩的约束，岩体无法进行 Structural plane
自由的剪切膨胀，因此，施加在岩体上的法向荷
载将不断增大。在这种情况下，结构面更易受到
剪切破坏，表现为常法向刚度边界条件。焦峰等 [13]
采用自主研发的煤岩剪切试验系统，在恒定法向 α
刚度条件下进行了人工结构面的直剪试验，发现 β
当起伏角为 15°和 30°时，曲线呈现周期性震荡
衰减；起伏角为 45°时，剪切应力在达到峰值后迅
速降低，如图 3 所示。而随着法向刚度的增大， 图 2 结构面角度与起伏角
结构面的破坏程度逐渐增大。 Fig. 2 Structural plane angle and relief angle

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