考虑真实接触微凸体的岩石节理三维粗糙度指标

TU45; 节理在压剪作用下,仅仅是一小部分较陡微凸体发生接触而相互作用.以往在描述粗糙度时是考虑整个形貌面微凸体的分布特点,这使得所得粗糙度指标弱化了较陡微凸体作用而强化了较平缓微凸体对剪切强度的作用(实际上大多平缓微凸体在剪切过程中未接触).为考虑实际接触节理的粗糙度,基于Grasselli视倾角分布函数研究了不同视倾角的面积比含量,分析了较陡接触微凸体对节理抗剪强度的作用.对于完全耦合的并且没有填充物的节理,当承受法向荷载时,节理少部分接触微凸体会发生弹性变形,在最初接触的微凸体部分会发生屈服.随着法向应力继续增加,会有更多的微凸体相互接触并发生屈服,这一过程会连续发生直至相互接触的微凸体面积足够大能够承受给定法向荷载的作用.因此,所有接触微凸体中的最小倾角为在一定荷载作用下刚好屈服的微凸体的倾角.对于岩石节理在法向应力下的剪切问题,实际接触面积可以近似认为是作用在节理面上法向荷载除以岩石的单轴抗压强度.考虑实际接触部分节理微凸体分布特征,获取了实际接触节理微凸体平均有效视倾角,得到了合理的三维粗糙度指标.采用巴西劈裂试验方法获取岩石节理面,扫描并获取了节理形貌坐标数据,用以研究节理表面粗糙度.节理峰值剪胀角反映了在某一法向应力下节理的剪切性质,并且可以准确的反映节理峰值抗剪强度.对比分析了实际接触节理粗糙度与节理峰值剪胀角趋势变化,结果表明节理粗糙度新指标可以与节理峰值抗剪强度很好地联系起来.