不同节理角度下的节理岩体破坏状态分析

(1)节理角度为0°

图3.13是节理倾角为0°时各阶段裂纹扩展贯通图。通过分析得出:当节理角度为0°的节理试件进行剪切试验时,随着剪切力的增大,节理面的抗剪效果逐渐下降,试件上下盘之间的胶结力被迫丧失,上下盘开始错动。但从图中可以看出,上下盘的侧表面几乎没有出现破坏,主要是因为所施加的剪力与节理面的位置处于平行状态,对上下盘的侧面没有产生太大的影响。

图3.13　节理倾角为0°时试验过程中试件的破坏状态

(2)节理角度为30°

图3.14是节理倾角为30°时各阶段裂纹扩展贯通图。通过对该图的分析得出:在剪切初始阶段,沿着30°节理面开始产生裂纹[图3.14(a)],并伴随着试件上盘尖端处起裂;剪切试验的继续进行,试件上下盘侧表面均出现裂纹,裂纹从节理面开始往上下岩体延伸,其走向与节理面近乎垂直[图3.14(b)],试件上盘尖端处发生断裂破碎;剪力不断增大,导致试件出现较大的形变,裂纹走向也发生改变,转向加载方向及其垂直方向,试件上盘的尖端处破碎严重,试件下盘出现整体断裂[图3.14(c)],试件上下盘发生较大错动,最终试件破坏,如图3.14(d)所示,试件上下盘侧表面的裂纹出现扩展贯通现象,试件上盘的尖端处破碎程度严重,试件下盘整体断裂的节理变宽,试件上下盘沿着节理面发生严重错动。

图3.14　节理倾角为30°时试验过程中试件的破坏状态

(3)节理角度为45°

图3.15是节理倾角为45°时各阶段裂纹扩展贯通图。通过对该图的分析得出:在剪切初始阶段,沿着45°节理面开始产生裂纹[图3.15(a)],并伴随着试件上下盘尖端处起裂;剪切试验的继续进行,试件上下盘的尖端处发生整体断裂[图3.15(b)],剪力不断增大,导致试件出现较大的形变,试件上盘的尖端处由整体断裂转变成出现破碎,试件下盘整体断裂继续扩展[图3.15(c)],而试件下盘的另一端也出现起裂,试件上下盘发生较大错动,最终导致岩体破坏。如图3.15(d)所示,试件上下盘的尖端处破碎程度严重,试件下盘整体断裂的节理变宽,试件上下盘沿着节理面发生严重错动。

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图3.15　节理倾角为45°时试验过程中试件的破坏状态

(4)节理倾角为60°

图3.16是节理倾角为60°时各阶段裂纹扩展贯通图。通过对该图的分析得出:在剪切试验进行过程中,试件上下盘侧表面均出现裂纹,裂纹从节理面开始往试件上下盘延伸,其走向与节理面近乎垂直;剪力的不断增大,导致试件出现较大的形变,裂纹的走向也发生改变并出现次生裂纹,试件上下盘尖端处发生整体断裂,试件上下盘发生较大错动,最终岩体破坏如图3.16(d)所示,节理面出现裂隙,试件上下盘侧表面的裂纹出现扩展贯通现象,试件上盘的尖端处破碎,试件上下盘整体断裂的节理变宽,试件上下盘沿着平行于剪力的方向发生严重错动。

图3.16　节理倾角为60°时试验过程中试件的破坏状态

综合分析不同节理角度下试验过程中的破坏形式可以得出:

①倾角为0°的节理试件相对于倾角为30°,45°,60°的节理试件在试验过程中的试件侧表面几乎没有裂纹产生,比较完整。

②倾角为30°,45°,60°的节理试件上下盘侧表面均出现裂纹,裂纹从节理面开始往上下延伸,其走向最开始与节理面近乎垂直但到最后却发生改变。

③倾角为0°和60°的节理试件在最终破坏时,其试件上下盘错动的位置近乎相同,均平行于剪力方向。

④4种节理倾角的岩体在剪切作用下,其试件上下盘剪断的起裂位置不同,从30°～60°,其试件上下盘尖端的起裂位置由试件两端向试件中部移动,因此倾角为60°的节理试件的上下盘错动的位置与倾角为0°时近乎相同。

究其原因,当角度为0°时,剪切力的方向和节理面平行,当达到节理面抗剪强度即发生破坏,而有角度的节理试件在施加剪力时,剪力将沿着节理面的倾角进行分解,分解成垂直节理面和平行节理面两个分力,当分力达到抗剪强度时试件才发生破坏,并伴随着侧面出现裂纹。