循环载荷对岩石节理宏细观剪切特性影响的模拟研究

Numerical investigation on the effect of cyclic loading on macro-meso shear characteristics of rock joints

二维码有效期 120s

摘要岩石节理在循环载荷作用下会不断的滑移和闭合,导致其承载性能不断劣化,进而影响岩体工程的稳定性.为探明循环载荷作用下节理的剪切特性,首先开展了节理剪切试验以标定模拟中的物理力学参数和确定循环载荷的特征参数,然后采用基于FISH语言二次开发的循环剪切加载实现方法,进行了不同加载幅值(1.5、1.7、1.9、2.1和2.3 MPa)、不同加载频率(0.1、0.5、1.0、1.5和2.0 Hz)等循环剪切载荷作用下的粗糙节理剪切数值模拟,研究了岩石节理的宏细观剪切特性以及循环载荷特征参数对节理剪切特性的影响.结果表明:随着剪切载荷的循环加卸,节理表面损伤会导致节理剪切应力-剪切位移曲线出现滞回效应.循环剪切初期滞回环较小且分布密集,后期滞回环较大且分布疏松.剪切过程中节理的裂纹分布和接触力分布与节理表面的粗糙体相关,剪切初期裂纹和高接触力大都集中在二阶凸起上,随着二阶凸起破坏逐渐作用到一阶凸起上,一阶凸起破坏后节理发生失稳破坏.节理剪切位移的增长趋势与累计裂纹数量的增长趋势总体一致.剪切初期仅有少量裂纹在应力峰值附近产生,而后期裂纹产生时对应的应力范围和裂纹数量都显著增加.加载幅值越大,每个循环内产生的节理损伤越多,节理剪切位移也越大,达到相同目标位移所需的循环次数与加载幅值成反比.加载频率越大,每个循环内节理产生的损伤越少,节理剪切位移也越小,达到目标剪切位移所经历的循环次数与加载频率成正比.加载频率越低,加速阶段越短,节理发生失稳破坏越突然.