理论教育 岩体结构面力学特性的时间效应:抗剪强度随速率变化特征

岩体结构面力学特性的时间效应:抗剪强度随速率变化特征

时间:2023-08-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:表3.5抗剪强度各组分分布情况求得不同剪切速率下式(2.6)中的参数,可得到表3.6所示结果。参数β与参数b的性质相同,均是反映该强度组分速率相关性的参数。图3.7参数k及tanφb与剪切速率v之间的关系

岩体结构面力学特性的时间效应:抗剪强度随速率变化特征

第2章式(2.1)和式(2.6)的抗剪强度公式将抗剪强度分为两部分,即mJRC(kσnJRC)和n(σntanφb)。根据剪切强度与JRC的关系,可求出m和n的值,在不同剪切速率和不同JRC的条件下,抗剪强度各组分分布如表3.5所示,强度组分n(σntanφb)并不随JRC的变化而变化,其大小与速率相关,但该组分受速率的影响有限。随着JRC的增大,mJRC(kσnJRC)组分越来越大,其在强度中所占的比重也越来越大。从参数上看,m与剪切速率具有比较明显的相关性,剪切速率越大,m值越大,说明速率越大,JRC的发挥程度越大。对于同一剪切速率和同一种试样,该参数的值不变,说明JRC的发挥系数不受具体JRC值的影响。

表3.5 抗剪强度各组分分布情况

求得不同剪切速率下式(2.6)中的参数,可得到表3.6所示结果。

表3.6 剪切强度与JRC关系参数

对表3.6中的数据进行拟合,如图3.7(a)所示,参数k与速率v存在以下关系:

式中,a为材料参数,b为与速率相关的参数。(www.daowen.com)

式(3.3)与式(3.2)的形式基本相同,这说明参数k随剪切速率的变化规律与剪切强度随剪切速率的变化规律相同,JRC强度组分的剪切速率依存性是影响结构面整体强度速率依存性的重要因素,这个结论与黏聚力是影响结构面剪切速率依存性的主要因素这一结论具有相同的意义。

将式(3.3)换算为以下形式:

式中,参数b表示参数lg k与lg vs关系式的斜率,lg k随lg vs变化的变化率(即斜率b),其大小反映了剪切速率vs对参数k的影响程度。根据图3.7(a)中拟合后参数b的大小可以看出,参数b随着法向应力的增大而增大,这表明法向应力越大,速率对参数k的影响越大。

tanφb等同于平板结构面的摩擦角,根据试验结果以及拟合数据可以看出,tanφb与剪切速率的关系跟参数k与剪切速率的关系相似,也符合式(3.5):

式中,参数e为与材料相关的参数;β为与速率相关的参数。参数β与参数b的性质相同,均是反映该强度组分速率相关性的参数。从图3.7(b)中的拟合结果可以看出,参数β随法向应力的增大而减小,这跟参数b与剪切速率的关系相反,但是参数β的量值较小,基本上为参数b的1/10,这表明剪切速率对tanφb的影响有限。

图3.7 参数k及tanφb与剪切速率v之间的关系

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