探究加锚节理岩体不同粗糙度下的三维重构模型

将CT扫描试验所得的图像进行处理,再将处理后的图像导入Mimics中进行三维重构,对三维重构后的图像进行内部破裂情况的参数统计见表3.6。

从表3.6和图3.45中可以看出,随着节理面粗糙度的增大,加锚节理试件的体密度先减小后增大,说明节理面的粗糙程度严重影响着加锚节理试件内部的破裂程度。灰度值及体分形维数的大小也能很好地反映加锚节理试件内部的破坏情况。在实际工程中,随着节理面粗糙程度的变化,在受到外荷载作用后加锚节理试件内部的破坏程度有所差异,从而影响其抵抗剪切的能力,因此,需对节理试件的节理面粗糙度进行监测,防止节理面粗糙度的变化影响节理试件剪切力学特性。

表3.6　不同工况下加锚节理试件内部破裂情况的参数统计(不同节理面粗糙度)

图3.45　剪切强度、体分形维数、体密度及灰度值随节理面粗糙度系数的变化情况(www.xing528.com)

由前述分析可知,加锚节理试件的剪切强度与体分形维数均随着节理面粗糙度的增大先减小后增大,在JRC为16时,为转折点,即随着加锚节理试件受到剪切作用而使其内部破裂增大,剪切强度与体分形维数逐渐减小。由图3.46(a)可以看出,剪切强度与体分形维数二者之间存在较强的相关性。

图3.46　剪切强度与体分形维数、灰度值及体密度的相关曲线

由图3.46(b)和图3.46(c)可以得出与图3.46(a)类似的结论,即剪切强度与体分形维数、灰度值以及体密度有着较好的相关性。由分析可知,随着加锚节理试件内部破坏程度的增大,其剪切强度随着体分形维数、灰度值的增大而增大,而随着体密度的增大而减小。这表明,利用体分形维数、灰度值、体密度来描述加锚节理试件内部裂隙发育情况进而研究其剪切强度的演化是比较合理的。

加锚节理试件在剪切荷载作用下,新发育的裂隙会朝节理面附近集聚,最终形成剪切滑动面。破裂面随着剪切外荷载的继续施加而慢慢成形,内部破裂情况将越发严重,并伴随着内部裂隙的发育及聚集的速率也将变快,导致加锚节理试件中的各种破裂情况占比增大,表征内部破裂情况的参数体密度随之增大,图像分割后得到的图像中黑色的裂隙占整体图像的比例也将越大,导致表征内部破裂情况的灰度值变小,通过Matlab运算得来的加锚节理岩体体分形维数逐渐减小。在剪切作用下,加锚节理试件的内部发生破裂,使损伤程度大大提高,导致抵抗剪切的试件与钢筋均受到外荷载的影响而使其抗剪性能降低,进而反映出加锚节理试件的剪切强度降低。