根据式(3.2)表述的剪切速率与剪切强度的关系可知,将速率为C1,C2时剪切强度与剪切速率的关系式相除可得剪切速率及剪切强度存在以下关系,如式(3.6)所示:
式中,α越小,证明强度的速率依存性越低。
对从高速到低速的转换点以及从低速到高速的转换点分别进行拟合,如图3.10中虚线所示,求得不同加载速率条件下的峰值强度,根据式(3.6)可以求得参数α的值,如表3.8及图3.14所示,α随JRC以及法向应力的增大而增大,这说明当JRC以及法向应力增大时,结构面强度的加载速率依存性也随之增大,特别是当JRC=19,法向应力为6.52MPa时,α的值最大,反映了在该状态下剪切强度的速率依存性最强,此时该值最接近于完整岩石,这说明当JRC与法向应力增大时,由于结构面突起增多以及结构面的闭合程度增加,剪齿效果增加,剪切速率对结构面强度的影响增大,因此结构面的粗糙度(JRC)及粗糙度发挥程度是影响结构面速率依存性特征的主要因素。
表3.8 参数α的计算结果(水泥砂浆试样第一次剪切)
对水泥砂浆进行第二次变速率剪切试验的试验结果按照上述方法进行处理,求得参数α,如表3.9所示。第二次剪切参数α的值较第一次变速率试验的α值降低,这表明第二次试验结构面的剪切速率依存性整体降低,由于法向应力和JRC较小时,强度的速率依存性本身较小,这种变化在法向应力较大或者JRC较大时比较突出,即法向应力和初始JRC越大,α值降低的幅度越大。这说明法向应力和JRC较大时引起的剪切变形特征的变化,如摩擦和剪齿强度组分的变化,是影响二次变速率剪切试验中结构面速率依存性衰减程度的主要原因。所有的结构面试样,在二次剪切以后,α值趋于相等,这说明由于结构面的剪切过程其实是JRC不断衰减的过程,结构面在剪切过程中趋于平整,那么剪切速率依存性也趋于相同。(www.daowen.com)
图3.14 参数α与JRC的关系
表3.9 参数α的计算结果(水泥砂浆试样第二次剪切)
通过绿片岩的变速率剪切试验,验证了上述结论,如表3.10所示。第一次剪切后,结构面的速率依存性降低,由于法向应力为6.52MPa时,发生突然断裂,结构面性质突然改变,试样相当于贯通的结构面,此时α值相对于法向应力为2.17MPa时的α值较小,但是在经历第一次剪切后,第二次剪切的α值仍然有所降低,这说明持续的剪切使得岩石结构面的强度对剪切速率的依存性降低。
表3.10 参数α的计算结果(绿片岩)
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