[发明专利]一种获取结构面抗剪强度的方法

说明书

本发明属于岩土工程技术领域，公开了一种获取结构面抗剪强度的方法，包括：采用直剪设备开展岩石平直结构面试样的速率阶跃试验，建立岩石基本摩擦角的速率‑状态摩擦本构方程；进行不同法向应力、粗糙度、剪切速率的结构面剪切试验，获取各试验条件下结构面对应的结构面峰值摩擦角；基于岩石基本摩擦角的速率‑状态摩擦本构方程和各试验条件下结构面对应的结构面峰值摩擦角，运算得到结构面的峰值剪胀角；通过数值分析获取峰值剪胀角方程；叠加岩石基本摩擦角的速率‑状态摩擦本构方程和峰值剪胀角方程获得抗剪强度方程；基于抗剪强度方程获取结构面抗剪强度。本发明提供的获取结构面抗剪强度的方法能够可靠获取结构面抗剪强度。

技术领域

本发明涉及岩土工程技术领域，特别涉及一种获取结构面抗剪强度的方法。

背景技术

结构面抗剪强度对于岩土工程结构安全至关重要，准确评估结构面抗剪强度具有重要的科学和工程意义。其中，影响硬性结构面抗剪强度的主要因素包括：结构面粗糙度、岩性、法向应力状态及剪切速率等。现有确定结构面抗剪强度的方法中大多基于粗糙度、岩性、法向应力等参数，但是实际影响抗剪强度的因素较多，现有方法主要针对上述因素展开研究和应用，导致在实际工作中，确定的结构面抗剪强度的可靠性并不高。

发明内容

本发明提供一种获取结构面抗剪强度的方法，解决现有技术中结构面抗剪强度获取方法可靠性差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种获取结构面抗剪强度的方法，包括：

制备岩石平直结构面试样和岩石粗糙结构面试样；

采用直剪设备开展所述岩石平直结构面试样的速率阶跃试验，建立岩石基本摩擦角的速率-状态摩擦本构方程；

基于所述岩石平直结构面试样和所述岩石粗糙结构面试样进行不同法向应力、粗糙度、剪切速率的结构面剪切试验，获取各试验条件下结构面对应的结构面峰值摩擦角；

基于所述岩石基本摩擦角的速率-状态摩擦本构方程和所述各试验条件下结构面对应的结构面峰值摩擦角，运算得到不同法向应力、粗糙度、剪切速率结构面的峰值剪胀角；

通过数值分析获取峰值剪胀角基于法向应力与单轴压缩强度的比值、试样粗糙度以及剪切速率的定量关系，确定峰值剪胀角方程；

叠加所述岩石基本摩擦角的速率-状态摩擦本构方程和所述峰值剪胀角方程获得抗剪强度方程；

基于所述抗剪强度方程获取任意天然结构面抗剪强度，评估工程稳定性。

进一步地，所述粗糙度试样包括3～5种粗糙度的试样。

进一步地，所述岩石粗糙结构面试样采用雕刻法制备。

进一步地，所述速率阶跃试验中，剪切速率的调整范围为0.0001～1mm/s。

进一步地，所述速率阶跃试验中，法向应力的调整范围为0.01～0.8倍单轴抗压强度。

进一步地，所述基于所述岩石平直结构面试样和所述岩石粗糙结构面试样进行不同法向应力、粗糙度、剪切速率的结构面剪切试验，获取各试验条件下结构面对应的结构面峰值摩擦角包括：

基于所述岩石平直结构面试样和所述岩石粗糙结构面试样进行不同法向应力、粗糙度、剪切速率的结构面剪切试验，得到各试验条件下结构面对应的抗剪强度；

基于所述结构面对应的抗剪强度计算各试验条件下结构面峰值摩擦角。

进一步地，所述岩石基本摩擦角的速率-状态摩擦本构方程包括：

f_b＝arctan(μ)；