有厚度天然结构面法向循环加载变形特性研究

采用室内试验和理论分析相结合的方法,对有厚度天然结构面的法向循环加载变形特性进行研究。研究的天然结构面属平直稍粗型,厚2~3 mm,层间充填以岩屑为主,夹少量泥,母岩为灰岩。首先,对工程作用下的结构面应力演化过程进行梳理,并根据对结构面法向应力-闭合变形曲线特征的总结,设计了室内试验的法向荷载应力路径。其次,介绍了取样、基本物理和力学特性测试以及试件制备,分别开展了单次和多次法向加、卸载试验,并对试验曲线特征和法向变形力学机制进行分析。然后,对结构面法向循环加载本构关系进行研究,认为当法向应力在20 MPa以内时,分别采用双曲线模型和考虑修正参数的改进双曲线模型,可较好地模拟不同荷载阶段时的结构面法向应力-闭合变形关系;同时,发现当法向应力进入高应力区间后(定义大于20 MPa的应力为高应力,低于20 MPa的应力为中低应力),试验数据呈现新的特点,试验变形值与模型预测值的差距越来越大。最后,分析了造成差异的可能原因,认为在研究高应力条件下的结构面法向变形特征时,采用天然结构面试样是必要的。

Deformation characteristics of natural structural planes with certain thickness under normal cyclic loading condition