加锚节理岩体长期抗剪强度分析

通常情况下,剪切荷载达到节理岩体的瞬时破坏剪切强度时,节理岩体会发生剪切失稳破坏。另外,在节理岩体承受的剪切载荷低于其剪切强度时,如果剪切荷载有足够长的作用时间,节理岩体的蠕变作用也会使得节理岩体发生失稳破坏。因此,节理岩体的抗剪强度随着剪切载荷在节理岩体上作用时间的延长而下降,把剪切载荷作用的时间t→∞时,节理岩体不发生失稳破坏的最大抗剪强度s称为节理岩体的长期抗剪强度(又称为“临界剪切强度”)。

岩体的长期抗剪强度是一个非常重要的时间效应指标。在考虑永久或长期岩石工程的稳定性时,不应采用剪切强度,而应采用长期抗剪强度作为岩石强度计算的依据。

等时曲线法是许多学者确定节理岩体的长期抗剪强度常用的方法。为求解加锚节理岩体的长期抗剪强度,通过对图5.24采用Boltzmann叠加原理,以每一级荷载下相同的时间间隔为参数,绘制不同节理倾角加锚节理试件的剪切应力-位移的等时曲线簇,其中0 d为每一级剪切荷载施加时的相对起始时间,如图5.28所示。

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图5.28　剪切蠕变等时簇曲线

由图5.28可知,当节理倾角分别为0°,30°,45°,60°时,加锚节理试件长期抗剪强度分别为2.05,2.13,2.26,2.16 MPa,曲线在剪切强度达到长期强度之前,不同时间曲线之间的距离比较紧凑,曲线近似呈现为线性变化,而当加锚节理试件所受的剪切应力大于长期抗剪强度后,不同时间曲线之间的距离开始发散,曲线近似呈现水平,其原因是随着剪应力的不断增大,试件的抗变形能力逐渐降低,当荷载大于长期抗剪强度时,节理试件的内部结构被破坏,节理试件丧失抵抗剪切的能力,从而进入加速蠕变阶段或瞬时破坏阶段。