【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工程，具体涉及冻融循环下渐进弱化的非贯通节理岩体抗剪强度确定方法。
技术介绍
1、工程岩体通常由节理与岩桥组成，其破坏处取决于节理与岩桥两部分。对非贯通节理而言，由于岩桥的存在，其受力与破坏特征与贯通节理不同，表现为由原生节理和自节理端部扩展的岩桥断面所组成的复合破坏面。在非贯通节理岩体中，岩桥的贯通破坏模式及其变形和强度特性在很大程度上受非贯通节理面的规模、密度和空间分布特征的控制。因此，非贯通节理岩体的强度特性研究在理论上和工程上都具有十分重要的意义。基于直剪试验的非贯通节理岩体破坏模式的理论研究，既有基于弹塑性理论的模型，也基于断裂力学的模型，还有将两者结合建立的理论模型。gehle等对石膏节理试样进行直剪试验，综合考虑了不同的节理长度、排列方式、倾角等因素的影响，研究结果表明法向应力和节理倾角对节理的抗剪强度影响最大。wong等对含有3组平行节理的类岩石节理进行直剪试验，探讨了节理裂隙的扩展规律及其峰值抗剪强度。
2、岩体结构是节理性状和节理切割完整岩体程度的反映，其节理面发育情况，是岩体强度、变形、渗透性和边坡变形破坏模式的主要控制因素，各类非贯通节理岩体工程的节理扩展、以及破坏失稳多数都是沿各种软弱节理面发生。并且，寒区节理岩体在冻融循环作用下会发生宏细观损伤。冻融循环过中周期性冻胀力会引起节理裂隙不断扩展，导致节理岩体的抗剪强度逐渐降低，因此冻融循环对节理岩体剪切力学性质的弱化是导致岩体失稳的关键因素。冻融对非贯通节理岩体的损伤是一个渐进过程，而在此过程中损伤弱化最为显著的则是岩桥部分，目
3、工程岩体通常由节理与岩桥组成，其破坏处取决于节理与岩桥两部分。对非贯通节理而言，由于岩桥的存在，其受力与破坏特征与贯通节理不同，表现为由原生节理和自节理端部扩展的岩桥断面所组成的复合破坏面。在非贯通节理岩体中，岩桥的贯通破坏模式及其变形和强度特性在很大程度上受非贯通节理面的规模、密度和空间分布特征的控制。
4、因此，非贯通节理岩体的强度特性研究在理论上和工程上都具有十分重要的意义。基于直剪试验的非贯通节理岩体破坏模式的理论研究，既有基于弹塑性理论的模型，也基于断裂力学的模型，还有将两者结合建立的理论模型。gehle等对石膏节理试样进行直剪试验，综合考虑了不同的节理长度、排列方式、倾角等因素的影响，研究结果表明法向应力和节理倾角对节理的抗剪强度影响最大。wong等对含有3组平行节理的类岩石节理进行直剪试验，探讨了节理裂隙的扩展规律及其峰值抗剪强度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供冻融循环下渐进弱化的非贯通节理岩体抗剪强度确定方法，本专利技术基于jennings提出的抗剪强度准则，并结合冻融剪切耦合作用下节理岩体损伤模型，得出冻融循环和剪切荷载与岩桥部分弱化程度的定量关系，提出岩桥弱化力学模型，并最终推导得出考虑冻融循环影响的修正jennings抗剪强度准则公式，并预测寒区非贯通节理岩体长期抗剪强度，为保障寒区资源开发和地质灾害防治提供可靠依据。
2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：
3、冻融循环下渐进弱化的非贯通节理岩体抗剪强度确定方法，包括以下步骤：
4、s1：根据直剪试验结果得出冻融后节理试样不同法向应力下的峰值剪切强度，进行冻融节理岩体抗剪强度分析；然后采用jennings抗剪强度准则，计算在不同冻融循环次数下的非贯通节理岩体峰值抗剪强度；
5、s2：基于步骤s1对jennings剪切强度准则进行修正，考虑冻融剪切对岩桥强度的弱化作用，得出冻融循环作用下非贯通节理岩体的通用剪切强度计算方法；
6、s3：针对非贯通节理岩体经历冻融循环后，岩桥和节理部分的剪切破坏特性存在较大差异，提出冻融作用的jennings抗剪强度准则，包括岩桥未弱化部分的抗剪强度、岩桥弱化部分的抗剪强度、节理部分残余抗剪强度。
7、进一步的，所述步骤s1具体包括：
8、s1.1：样品制备：将节理试样切割成指定的尺寸和形状，制备样品，通常采用矩形或方形截面形状。
9、s1.2：试验设备设置：将直剪试验设备安装好，应按照规定的试验方法进行安装，并进行校准和检查，以确保试验数据的准确性。
10、s1.3：参数设置：确定试验参数，包括试验速率、试验荷载、试样尺寸等，这些参数应该根据试验标准和试样特性进行选择。
11、s1.4：试验过程：将试样放置在试验设备中，应用垂直于节理面的力，进行加载，直至试样破坏。同时，应记录试验过程中的数据，如荷载和位移等。
12、s1.5：数据处理：对试验数据进行处理和分析，计算出试样的剪切强度等参数，并绘制试验曲线和图表等，以便进行后续的分析和解读。
13、进一步的，所述步骤s2具体包括：定义节理岩体的弱化程度为k，则弱化程度k可用已被剪切破坏的微元数目nt与总微元数n的比值表示，而被破坏的节理岩桥微元数量与剪切破坏时的最小主应力相关，因此以岩桥微元最小主应力为变量的弱化程度公式可表示为：
14、
15、当非贯通节理岩体的渐进破坏仅受直剪作用影响时，则节理岩体的岩桥弱化程度k，可简化为破坏微元数量nt与岩桥微元总数n的比值：
16、
17、岩桥弱化的细观定义与冻融损伤与剪切的原理一致，都是特定条件下的破坏微元与总微元的数量比；冻融剪切节理岩体耦合损伤变量具体包括：
18、剪切和冻融循环造成损伤耦合的条件是在一定剪切应力τ作用下，两种类别的损伤分别作用造成的损伤应变之和等于不同层次耦合损伤导致的应变。如图6所示，定义图6(a)～(d)分别代表的岩石试样状态为：同时含有宏观节理和细观孔隙的岩石试样、仅含有宏观节理的岩石试样、仅含有细观孔隙的岩石试样、理想状态下无缺陷的岩石试样，其剪切模量分别为：在剪应力τ作用下产生的应变分别为：ε12、ε1、ε2、ε0，并且根据等效应变原理可得：
19、ε12＝ε1+ε2-ε0(3)
20、图6中4种状态下的岩石试样在剪应力τ作用下，均满足于胡克定律，则应变等式的变换形式为：
21、
22、根据上述应变等价原理和损伤理论假设，以图6(d)完整岩石试样不含损伤条件为参照基础损伤状态，则图6(b)中岩石试样由于预制宏观节理导致的宏观状态损伤定义为dx，图6(c)中岩石试样的损伤是由无宏观损伤的完整岩石经冻融循环和剪切导致的细观损伤，定义为dy，图6(a)中预制宏观节理岩石试样冻融剪切后的宏细观损伤总和定义为dxy。并且以剪切模量的相对大小代表节理岩石试样的损伤劣化程度，则有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.冻融循环下渐进弱化的非贯通节理岩体抗剪强度确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的冻融循环下渐进弱化的非贯通节理岩体抗剪强度确定方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：定义节理岩体的弱化程度为k，则弱化程度k可用已被剪切破坏的微元数目Nt与总微元数N的比值表示，而被破坏的节理岩桥微元数量与剪切破坏时的最小主应力相关，因此以岩桥微元最小主应力为变量的弱化程度公式可表示为：
3.如权利要求1所述的冻融循环下渐进弱化的非贯通节理岩体抗剪强度确定方法，其特征在于：所述步骤S3具体包括：考虑冻融循环影响的修正Jennings抗剪强度准则公式为：
4.如权利要求1-3任一项所述方法在非贯通节理岩体的强度特性研究中的应用。
【技术特征摘要】
1.冻融循环下渐进弱化的非贯通节理岩体抗剪强度确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的冻融循环下渐进弱化的非贯通节理岩体抗剪强度确定方法，其特征在于：所述步骤s2具体包括：定义节理岩体的弱化程度为k，则弱化程度k可用已被剪切破坏的微元数目nt与总微元数n的比值表示，而被破坏的节理岩桥微元数量与剪切破坏时的...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷大星，张耀平，卢志刚，刘波，王广丽，
申请(专利权)人：赣南科技学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。