岩石节理直剪试验颗粒流宏细观_周喻要点详解.pdf

第 31 卷 第 6 期 岩石力学与工程学报 Vol.31 No.6 2012 年 6 月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering June ，2012 岩石节理直剪试验颗粒流宏细观分析 1，2 2 1 3 周 喻 ，MISRA A ，吴顺川 ，张晓平 (1. 北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083 ；2. 堪萨斯大学 工程学院，美国 劳伦斯 66045 –7609 ； 3. 中国科学院 地质与地球物理研究所，北京 100029) 摘要：基于颗粒流理论和 PFC 程序，在解决建模过程中悬浮颗粒的消除、恒定法向荷载伺服机制的施加、拟静力 加载状态的选取等问题后，较为完善地实现岩石节理 PFC 数值直剪试验，并分别从宏观和细观角度深入探讨节理 在直剪试验过程中的力学演化特征和破坏机制。结合已有的节理直剪试验成果，进行室内试验和计算结果的对比 分析，验证计算方法的可靠性。研究成果如下：(1) 随恒定法向荷载的增大，剪切应力及其峰值时刻的剪切位移增 大，节理面上黏结破坏颗粒增多，而剪切阻抗和节理剪胀效应却降低；(2) 随剪切位移的增加，节理面上粒间法向 接触数不断减少，接触矢量方向逐渐向剪切荷载施加方向偏转，而粒间接触压力不断增大，裂纹不断沿节理面附 近产生，破裂频数在剪切应力达到峰值时最为强烈；(3) 数值试验得到的剪切阻抗值普遍高于试验值，但减小模型 颗粒半径可有效降低计算剪切阻抗值。室内试验和计算结果对比分析表明，新提出的颗粒流计算方法非常适用于 岩石节理直剪试验的数值模拟，可为室内节理直剪试验和 PFC 节理模型细观力学参数选取的深入研究提供有益的 参考。 关键词：岩石力学；节理；直剪试验；颗粒流理论；PFC ；宏观；细观 中图分类号：TU 45 文献标识码：A 文章编号：1000 –6915(2012)06 –1245 –12 MACRO- AND MESO-ANALYSES OF ROCK JOINT DIRECT SHEAR TEST USING PARTICLE FLOW THEORY 1，2 2 1 3 ZHOU Yu ，MISRA A ，WU Shunchuan ，ZHANG Xiaoping (1. Key Laboratory of Ministry of Education for Efficient Mining and Safety of Metal Mine ，University of Science and Technology Beijing ，Beijing 100083，China；2. School of Engineering ，University of Kansas，KS 66045 –7609，USA；3. Institute of Geology and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China) Abstract ：The numerical simulation of rock joint shear test was successfully performed using the particle flow