1.变速率剪切试验曲线特征［138］

图3.10为不同JRC以及完整试块在变速率加载条件下的试验结果，从图中可以看出，剪切速率的切换对剪切曲线具有较大的影响，从低速到高速的切换会引起应力迅速增大，在加速瞬间，剪切曲线上所显示的结构面剪切刚度增大，待剪切曲线逐渐稳定于C2速率下的轨迹线后，结构面刚度也随之稳定，其值略大于低速状态下的模量。从高速到低速的切换过程中，应力突然跌落，在图3.10中显示为剪切曲线的垂直下跌，但下跌到一定程度后，图中显示的结构面剪切刚度稳定，略小于高速时的剪切刚度。峰值以后，该现象逐渐消失，而是转变为应力突变，无论是从高速到低速的切换，还是从低速到高速的切换，均立即回归于同一条轨迹线。凹凸形状越明显，说明其剪切速率依存性越大［137］，结构面在不同速率下能够保持不同的曲线形态。

图3.10　水泥砂浆试块变速率剪切试验结果（C1＝0.001mm／s，C2＝0.01mm／s）

根据上述特征，试验曲线可分为以下三个阶段。

阶段Ⅰ：该阶段速率切换对曲线形态的影响不明显，可以得到较为光滑的剪切曲线，如图3.10（f）所示，该阶段大部分处于剪切曲线中结构面及裂隙闭合压密段（图2.15中OA段）及弹性变形阶段（图2.15中AH段），对应于剪切曲线中的刚度上升阶段，此时主要的变形方式为可恢复的弹性变形，裂隙基本未发育，曲线上的凹凸形状不明显，此时能够得到较为光滑的剪切曲线说明在弹性阶段变速率对曲线形态影响并不大。(www.daowen.com)

阶段Ⅱ：该阶段速率切换后对剪切曲线的形态影响较大，剪切曲线上出现了比较明显的凹凸形状。当速率切换后，曲线发生突变，经过一段时间，应力－变形曲线逐渐稳定于该速率作用下的剪切应力－剪切变形轨迹线。随着剪切的进行，剪切应力逐渐增大，应力－变形曲线上凹凸相间的形态特征越来越明显，此时对应于剪切刚度－剪切变形曲线中剪切刚度开始下降的阶段，即微破裂稳定发展阶段（图2.15中HB段）以及非稳定破裂发展阶段（图2.15中BC段），该阶段可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形共存，并且塑性变形所占的比重越来越大，该阶段速率切换能够十分显著地改变应力－变形轨迹，且应力－变形轨迹由于速率切换造成的凹凸形态随剪切应力的增大越来越明显。该阶段的起点基本上对应于剪切时的起裂应力，图3.10（f）中，曲线在应力为2.9MPa时开始有显著的应力切换现象，约为峰值强度的40%。上述现象说明，一旦裂隙开始发展，剪切曲线对速率的切换表现得比较敏感，裂隙发展或者塑性变形是剪切曲线随速率发生变化的主要原因。

阶段Ⅲ：该阶段在峰后或峰后持续破坏一段时间后出现，进入该阶段后，剪切速率的切换引起了应力－变形曲线的突然变化，之后迅速回复到同一应力－变形轨迹线上，不具有凹凸相间的形态特征，此时基本处于峰后的流滑状态，弹性变形基本消失，只有塑性变形，这说明当只有塑性变形时，变速率剪切曲线的形态不同于弹塑性变形共存的情形，弹塑性变形共存是变速率曲线出现凹凸形态的主要原因。完整试块的变速率剪切试验证明了上述观点，如图3.10（e）所示，该阶段在本试验完整试块的试验结果中未发现，原因在于岩石在剪切后形成的剪切面继续剪切相当于对结构面的剪切，并且仍然存在弹性变形。

2.法向应力对变速率剪切试验曲线特征的影响

法向应力是影响结构面变速率剪切试验曲线特征的主要因素之一。随着法向应力的增大，速率切换对应力－变形曲线的影响越来越明显，并且阶段Ⅱ的持续时间也明显增加，这说明法向应力越大，结构面力学特性的速率依存性越大。如JRC＝19时，如图3.10（d）所示，当法向应力为6.52MPa时，剪切曲线形态随速率切换的反应十分明显，而在法向应力为2.17MPa时，其剪切曲线上的凹凸状态与6.52MPa时相比并不明显。

3.粗糙度对变速率剪切试验曲线特征的影响

粗糙度也是影响变速率剪切试验曲线形态的重要因素之一。随着JRC的增大，速率切换效应也越来越明显，具体表现为阶段Ⅱ越来越明显，曲线的凹凸形态也比较显著，特别是完整试块［图3.10（e）］在该试验条件下表现得更为显著，这说明试块越完整，该现象越明显，而以摩擦为主的结构面变速率剪切试验［JRC＝1，图3.10（a）］，阶段Ⅱ的曲线凹凸形态表现得并不明显，而阶段Ⅲ则出现得较早，在峰值附近便开始出现。这说明JRC越大，剪齿效应增加，进而结构面的储能能力增加，结构面力学特性的速率依存性越大。