理论教育 岩体结构面力学特性与长期强度、JRC及法向应力的相关性

岩体结构面力学特性与长期强度、JRC及法向应力的相关性

时间:2023-08-22 理论教育 版权反馈
【摘要】:以蠕变等速率曲线拐点法的求解结果为例,研究长期强度与JRC的关系。表6.9所示为不同粗糙度结构面长期强度与瞬时强度的关系。如图6.10所示,JRC较小时,长期强度与瞬时强度的比值均在80%左右,而当JRC=7,19时,长期强度与瞬时强度的比值随法向应力的增大而减小,并且这种趋势随着JRC的增大越来越明显,其比值可降低至70%左右;同一法向应力下,随着JRC的增大,长期强度与瞬时强度的比值逐渐减小。

岩体结构面力学特性与长期强度、JRC及法向应力的相关性

以蠕变等速率曲线拐点法的求解结果为例,研究长期强度与JRC的关系。表6.9所示为不同粗糙度结构面长期强度与瞬时强度的关系。由于分级加载试验,相对于长期强度时试样的破坏时间非常短。因此,为了消除瞬时剪切试验试样与蠕变试验试样的差异性对试验分析的影响,表6.9中瞬时强度取经过分级加载蠕变试验后试样的破坏强度(表4.1)。

表6.9 不同粗糙度结构面长期强度与瞬时强度

长期强度与瞬时强度相似,随着JRC的增大而增大,并且与JRC表现出了比较明显的线性关系(图6.9)。如图6.10所示,JRC较小时,长期强度与瞬时强度的比值均在80%左右,而当JRC=7,19时,长期强度与瞬时强度的比值随法向应力的增大而减小,并且这种趋势随着JRC的增大越来越明显,其比值可降低至70%左右;同一法向应力下,随着JRC的增大,长期强度与瞬时强度的比值逐渐减小。

图6.9 长期强度与JRC及法向应力的关系

图6.10 长期强度/瞬时强度与JRC及法向应力的关系

结合第2章中的强度公式(2.9):

长期强度的计算可采用式(6.2):

式中,τL为长期强度;α1为长期剪切应力作用下SJRC的折减系数;α2为长期剪切应力作用下Sf的折减系数;参数α1,α2与法向应力及岩石材料有关,并均小于1。(www.daowen.com)

结合强度公式(2.9)和式(6.2)可知,长期强度τL与瞬时强度τ的比值为

式(6.3)可以变换为

根据试验结果可知,τL/τ随JRC的增大而减小,那么有α2>α1,这表明在长期应力作用下,与JRC有关的强度组分折减量大于摩擦作用下的强度折减量。

同样,根据式(2.1),计算瞬时强度(表2.2)的参数m和n以及长期强度相关的参数mL和nL,如表6.10所示,从表中计算结果可知,式(2.1)中的两个参数m和n均有所折减,且折减量不同。n在不同法向应力下,折减量基本相同,为81%~84%,同等法向应力作用下,m的折减量大于n,并随着法向应力的增大,m的折减量增加。这表明SJRC是结构面强度随时间变化的主要原因,且随法向应力的增大,JRC提供的抗力SJRC对时间更加敏感。对m和n的折减规律将在第7章讨论。

表6.10 不同法向应力下的参数m和n

因此,由于JRC所提供的抗力组分SJRC与摩擦抗力组分Sf的时间效应的不同,当JRC较小时,Sf所提供强度比例较大,由于其对法向应力和时间的不敏感性,表6.9中1号结构面,长期强度与瞬时强度的比值变化不大,而随着JRC的增大,SJRC所占的比重逐渐增大,其性质也影响了整个结构面的性质,如表6.9中10号结构面,长期强度与瞬时强度的比值越来越小。

以上现象可以说明:

(1)强度的时间效应与法向应力和结构面的表面形态密切相关。具体表现为法向应力或JRC越大,在长期荷载作用下,强度降低的幅度越大,这说明JRC为强度的时间效应提供了“空间”。

(2)JRC=1时,长期强度较瞬时强度降低20%左右,而JRC=19时,长期强度较瞬时强度降低23%~30%。不同法向应力下长期强度与瞬时强度的关系也存在着相似的特征。JRC和法向应力的增大均意味着JRC所提供抗力(SJRC)的百分比增大,因此,切齿提供抗力的百分比及其与摩擦时效特征的差别应是结构面长期强度与瞬时强度比值随二者变化的原因。

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