Page 29 - 《爆炸与冲击》2025年第6期
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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
黏弹性模型适用于描述结构面在长期荷载下的渐进变形和能量耗散，主要用于分析长期稳定性问
题。而动摩擦模型主要用于分析高应力和快速滑移过程，如地震断层滑移、爆破产生的动态破坏和结构
面错动引发的冲击地压等。
2 岩体动力特性的结构面效应
第 1 节主要对结构面的力学特性进行了系统总结与分析，旨在为理解结构面对岩体力学行为的影
响提供理论基础。在此基础上，进一步探讨含结构面岩体的动强度及其动变形特性，重点分析结构面对
岩体在动态荷载作用下的响应特征，包括在动力荷载作用下岩体的强度变化、变形特性，旨在揭示结构
面在深部岩体中的影响机制。
2.1 结构面对岩体动强度的影响
结构面的存在对岩体强度具有显著影响 [22-25] 。结构面作为岩体中的弱面，在动态荷载作用下通常会
导致应力集中。这种应力集中使得裂纹更容易在结构面附近萌生和扩展，从而降低了岩体的整体强
度。此外，结构面的几何特征对岩体在动态条件下的强度特性变化至关重要。
2.1.1 含结构面岩体的动剪切强度特性
在动态荷载作用下，含结构面岩体的剪切强度表现出不同于静态加载条件下的行为。动态加载可
能导致裂纹的快速扩展和滑移，进而降低其剪切强度。Meng 等 [26] 研究了剪切速率对抗剪强度的影响，
发现在 3～40 MPa 的正应力范围内，花岗岩的峰值抗剪强度和残余抗剪强度均随剪切速率的增大而减
小，发生黏滑过程中的应力降幅大小随剪切位移和法向应力的增大而增大。Wang 等 [27] 研制了冲击剪切
测试系统，如图 7 所示，开展了冲击荷载下的剪切试验，建立了剪切损伤的统计本构模型：
® ® [ ] ´ m 0 ´
k s u−k s u(σ n /τ)tan f JRC lg(σ JCS τ/k s uσ n )+φ d −α 0 ˙τ−c 0
τ d = k s uexp − (5)
F 0
式中：τ 为剪切强度，u 为剪切位移，σ 为正应力，τ 为施加到结构面的剪应力，f JR C 为结构面粗糙度因数，
d
n
σ JC S 为节理壁面强度， φ d 为动摩擦角，α 为速率系数，c 为初始凝聚力，m 和 0 F 为 0 Weibull 分布模型的参数。
0
0
Oscilloscope
Wheatstone bridge Hydraulic pump
and amplifier
Incident bar
Specimen
Strain gauges
Incident bar
F d Specimen
Loading adapter
图 7 岩石结构面冲击剪切试验装置 [27]
Fig. 7 Test apparatus used in the impact shear tests of rock discontinuity [27]
Jafari 等 [28] 对岩石节理在循环荷载作用下抗剪强度的变化进行了研究，建立了用于评估循环荷载条
件下抗剪强度的数学模型：
061101-6
