断续节理直剪试验与PFC2D数值模拟分析

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1、第27卷第9期岩石力学与工程学报Vol.27No.92008年9月ChineseJournalofRockMechanicsandEngineeringSept.，20082D断续节理直剪试验与PFC数值模拟分析1，23111刘顺桂，刘海宁，王思敬，胡波，张晓平(1.中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029；2.福建省国土资源厅，福建福州350001；3.华北水利水电学院，河南郑州450011)摘要：在以往有关断续节理模型试验和数值模拟的研究基础上，设计不同连通情况和法向应力的断续节理模型材2D料直剪试验，并采用颗粒流离散元软件PFC对模型试验进行全真数值模拟。以贯通节理

2、试样、完整试样的剪应力–应变数值模拟曲线和模型试验曲线吻合作为PFC细观力学参数选取准则，并利用获得的细观力学参数对共面断续节理试样直剪试验进行数值重现。对比分析数值模拟曲线和模型试验曲线，对断续节理受剪贯通的力学机制进行研究。根据模型试验和数值试验的成果，分析断续节理预剪面上应力随剪应变的演化过程，发现剪切过程中的剪胀效应使得岩桥承担更多的压应力，从而提高了岩桥的抗剪强度。对断续节理岩体在直剪加载条件下的破坏机制进行讨论，将整个剪切过程分为线弹性阶段、初裂阶段、峰值阶段、峰后阶段及残余阶段5个阶段。2D关键词：岩石力学；断续节理；连通率；PFC；直剪；抗剪强度峰值；数值模拟；岩

3、桥中图分类号：TU45文献标识码：A文章编号：1000–6915(2008)09–1828–092DDIRECTSHEARTESTSANDPFCNUMERICALSIMULATIONOFINTERMITTENTJOINTS1，23111LIUShungui，LIUHaining，WANGSijing，HUBo，ZHANGXiaoping(1.InstituteofGeologyandGeophysics，ChineseAcademyofSciences，Beijing100029，China；2.FujianProvincialDepartmentofLandandResourc

4、es，Fuzhou，Fujian350001，China；3.NorthChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPower，Zhengzhou，Henan450011，China)Abstracts：Theresearchresultsofmodeltestsandnumericalsimulationintwodifferentloadingconditions，triaxialanddirectshear，aresummarized.Byconductingmodeltestsonintegratedsamplesand

5、intermittentjointssamples，shearstrengthsunderdifferentnormalstressesareobtained.Also，thechangingtrendsofshearstrengthundervariousconnectivityratesareanalyzed.Theentireprocessofdirectsheartestisnumericallysimulatedusing2Dparticleflowcodein2dimensions(PFC).Inordertomakethestress-straincurveofnu

6、mericalsimulationaccordwithexperimentaloneaboutbothintegratedsamplesandthroughsamples，themechanicalparametersbetweenparticlesareadjusted.Throughadoptingthesameparticlegeometricparameter，thenumericalmodelsofintermittentjointsunderdifferentconnectiveconditionsarerebuilt.Atthesametime，therockbri

7、dgesandjointsintestingsampleswiththefixedparticlecontactingparametersareendowed，andaseriesofdirectsheartestsareconducted.Thenthefailureprocessandmechanicalparametersinbothmicro-prospectiveandmacro-prospectiveareobtained.Bysynthesizingthenumer