不同接触状态下粗糙节理剪切强度性质的颗粒流数值模拟和试验验证.pdf

第 32 卷 第 10 期 岩石力学与工程学报 Vol.32 No.10 2013 年 10 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Oct.，2013 不同接触状态下粗糙节理剪切强度性质的颗粒流 数值模拟和试验验证 1 2 1，3 4 宋英龙 ，夏才初 ，唐志成 ，宋英杰 (1. 同济大学 地下建筑与工程系，上海 200092 ；2. 三峡大学 土木与建筑学院，湖北 宜昌 443002 ；3. 武汉大学 土木建筑工程学院， 湖北 武汉 430072 ；4. 中国恩菲工程技术有限公司 能源环境事业部，北京 100038) 摘要：节理表面形貌和接触状态对节理剪切力学性质有重要的影响。用砂浆材料的单轴压缩试验和光滑节理直剪 试验得到材料和光滑节理的宏观力学性质参数，对颗粒流数值模拟的节理细观力学性质参数进行标定。用颗粒流 离散元数值软件(PFC2D)构建人工粗糙节理表面形貌，对不同表面形貌的节理在不同接触状态下的剪切强度性质进 行颗粒流直剪数值模拟试验，获得其峰值剪切强度。同时进行人工材料节理直剪试验，与颗粒流直剪数值模拟试 验结果进行对比分析，数值试验与直剪试验结果吻合较好，验证了颗粒流直剪数值模拟试验与直剪试验具有同等 的精度，可以作为各种表面形貌的节理在不同法向应力水平下抗剪强度研究的一种补充方法，以解决节理直剪试 验中表面形貌损失对其剪切强度的影响，也可以在少量节理直剪试验的基础上，预估相同形貌的节理在不同接触 状态下的剪切强度性质，同时还可以在现场测定不同粗糙度的节理表面形貌，预估其在不同接触状态、不同法向 应力下的剪切力学性质。从而解决节理直剪试验中在相同形貌节理试件取样和制备困难的问题，且具有经济、方 便、快捷、可重复性强等特点。 关键词：岩石力学；节理；表面形貌；直剪试验；颗粒流；接触状态；峰值抗剪强度 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000 –6915(2013)10 –2028 –08 NUMERICAL SIMULATION AND TEST VALIDATION FOR DIRECT SHEAR PROPERTIES OF ROUGH JOINTS UNDER DIFFERENT CONTACT STATES 1 2 1，3 4 SONG Yinglong ，XIA Caichu ，TANG Zhicheng ，SONG Yingjie (1. Department of Geotechnical Engineering ，Tongji University，Shanghai 200092 ，China；2. College of Civil Engineering and Architecture ，China Three Gorges University，Yichang，Hubei 443002 ，China；3. School of Civil and Architectural Engineering， Wuhan University，Wuhan，Hubei 430072 ，China；4. Department of Energy and Environment Engineering ， China Enfi Engineering Corporation，Beijing 100038，China) Abstract ：The shear behavior of rock join