Page 31 - 《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

               力条件下结构面的剪切模量与损伤量,结果表明,随着剪应力的增大,初始剪切模量也增大,但初始剪切
               模量随时间的降低速度加快,且在稳定蠕变阶段的降低幅度更显著。张为芳                                   [36]  通过对含有倾斜结构面
               的砂岩进行单轴压缩和蠕变试验,发现软弱结构面导致岩体的单轴抗压强度、泊松比和弹性模量降低,
               同时增强了岩体的塑性,并削弱了其脆性。张占荣                      [37]  基于含规则结构面岩体的变形模量理论公式,考虑
               结构面参数的概率分布特征,推导出含随机结构面岩体变形模量的计算公式:
                                                        n      2  ñ   2      2  ô
                                         1    ∆ε   1   ∑     cos β i cos β i  sin β i
                                            =    =   +    w i,j          +                              (7)
                                         E 0  ∆σ   E r        S i  k ni (σ)  k si (σ)
                                                       i=1
                                                  n                    w i,j  为统计学参数;n=L /S ,为第    i 组结构
               式中:    ∆ε  为应变增量;   ∆σ  为应力增量;k 为结构面的法向刚度;
                                                                                           m  i
               的条数,L 为构建模型的边长,S 为结构面之间的间距。
                       m
                                           i

                   Wang  等  [38]  对含粗糙结构面岩体进行了动
                                                                 2 000
               态直剪试验,采用        DIC  技术分析了剪切速度和                            250 mJ
               正应力对粗糙岩体结构面滑移位移的影响,将破                             1 500    100 mJ
                                                                          10 mJ
               坏点处的应变作为剪切速度和法向应力的函数,                                      1 mJ
               研究了滑移破坏中剪切带的微观结构特征,了解                            Horizontal displacement/mm  1 000
               了滑移破坏模式。邓树新等             [39]  发现,冲击扰动
               应力在岩体中传播会引发超低摩擦现象,若结构                               500
               面摩擦力减小到小于结构面剪切力时,则开始滑
               移,同时释放大量能量。在水平拉力保持不变的
                                                                    0        50      100     150     200
               情况下,随着冲击能量的增大,岩体所产生的残
                                                                                     t/ms
               余水平位移量逐渐增大,如图             10  所示。
                                                                         图 10    水平位移时程曲线   [39]
                   由于动态加载条件的复杂性与多样性,岩
                                                                 Fig. 10    Time history of horizontal displacement [39]
               体动力学特性的结构面效应往往呈现显著的非
               线性特征    [40-42] 。这种非线性特征主要源于不同的加载路径、频率、幅度以及加载速率对岩体内部应力分
               布、裂隙扩展等的综合影响。受结构面效应影响,岩体动力学特性会表现出应力集中、滑移、裂隙萌生
               和扩展等复杂现象,导致破坏过程难以预测,破坏模式多样化                          [43-44] ,破坏模式如表   2  所示。


                                                 表 2    动态加载模式与破坏模式
                                        Table 2    Dynamic loading mode and destruction mode
                 加载模式                                          破坏模式
                 单向加载        滑移破坏,可能伴随局部破裂,导致岩体沿滑动方向错位
                 多向加载        在多向加载下,破坏模式包括剪切滑移、裂隙扩展和张拉破裂等。局部破裂与滑移相结合,破坏形式更加复杂
                 循环加载        随着循环次数的增加,滑移幅度逐渐增大,裂隙扩展贯通。局部应力集中区域易发生疲劳破坏,导致局部或整体失稳
                 低频加载        滑移行为明显,破坏模式主要为沿着弱面发生剪切滑移
                 高频加载        局部应力集中加剧,滑移伴随裂隙扩展,最终可能导致大规模的结构面失稳
                 小幅加载        局部滑移和微裂纹扩展,但整体保持相对稳定,破坏较分散且不剧烈
                 大幅加载        滑移与局部破裂剧烈发生,最终导致整体失稳或坍塌
                 低速加载        滑移行为较温和,局部破裂扩展缓慢,整体破坏模式可预测
                 高速加载        破坏过程迅速,滑移和裂隙扩展同时发生,甚至可能形成贯通性裂隙,导致整体坍塌或大规模失稳

                   由表   2  可知,可将含结构面岩体的破坏模式分为滑移破坏、局部破裂、裂隙贯通和整体失稳                                      4  类。
               滑移破坏是在剪切力主导的情况下,结构面沿着弱面滑移,可能伴随摩擦能量的耗散。接下来,由于应
               力集中,发生局部破裂,裂隙逐步扩展至相邻结构面。然后,局部裂隙扩展并最终贯通,形成大规模的贯
               通破裂带。由于多次滑移和局部破裂的累积,最终导致整体失稳或坍塌。



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