无锚杆锚固节理岩体剪切蠕变力学特性分析

研究加锚节理岩体的剪切蠕变力学特性,首先必须要分析未加锚时,节理试件在剪切蠕变条件下的力学特征,然后将其与通过锚杆加固之后的节理岩体的剪切蠕变试验结果进行比较。

图5.23为倾角不同且无锚杆加固的节理试件的单轴剪切-蠕变曲线,从图中可以看出,不同节理倾角的无锚节理试件剪切蠕变强度曲线的趋势走向发展基本相似,都可划分成4个阶段,即瞬时变形阶段、衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段及剪切破坏阶段。

不同节理倾角的节理试件都是在荷载施加的瞬间,产生一个瞬时的剪切位移,之后依次进入衰减蠕变阶段和稳态蠕变阶段。在施加剪切力到达预定值之后,剪切应力保持不变,剪切位移随着时间的推移而不断地增大,但增加的速率不断减小,最后变形速率保持恒定且趋近于零。在施加最后一级剪切荷载的过程中,还没达到设定剪切荷载之前,节理试件便已经产生了较大的瞬时剪切滑动,试验结束。

不同节理倾角的节理试件在无锚加固情况下的单轴剪切-蠕变试验过程中未观察到加速蠕变阶段的存在,不同节理倾角的试件都是在下一级荷载加载的过程中,还未达到预定荷载时就发生了剪切破坏。分析此种情况发生的原因,可能是施加的剪应力达到了较高的应力区间,此时的剪切荷载与节理试件发生破坏的临界应力十分接近,容易发生突发性剪切失稳。

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图5.23　无锚节理试件单轴剪切-蠕变曲线

不同节理倾角的节理试件随应力水平的增大,其瞬时变形量均逐渐降低。例如,30°的试件荷载水平由0.5 MPa增至1.0 MPa时,瞬时变形量为0.74 mm;由1.0 MPa增至1.5 MPa时,瞬时变形量为0.66 mm,降低了11%,这可能是因为试件的微小裂缝在压力的作用下逐渐闭合导致试件的完整性增加,增强了试件抵抗变形的能力。

在同一级荷载作用下,不同节理倾角的节理试件在稳态蠕变阶段的剪切位移存在差异,以荷载等级为1.0 MPa时为例,节理倾角为0°时剪切位移最大,为1.81 mm;节理倾角为60°和30°时的位移相近,分别为1.67 mm和1.69 mm;节理倾角为45°时剪切位移最小,为1.58 mm。

节理倾角不同的节理试件在发生破坏时试件所能承受的剪切荷载差距较大,节理倾角为45°时剪切强度最大为2.24 MPa;节理倾角为60°和30°时的强度相近,分别为1.85 MPa和1.83 MPa;强度最小的节理倾角为0°,强度为1.43 MPa,剪切破坏时的剪切强度随节理倾角的变化规律为:45°＞60°≈30°＞0°。综合以上结果分析,不同节理倾角的节理试件的抗剪强度,随着倾角的增大,先增后减,在节理倾角为45°时最大,节理倾角为30°和60°时相近,节理倾角为0°时最小。