·258· 北京科技大学学报 第34卷 表1充填节理直剪试验结果 Table 1 Experimental results of failure modes of infilled rock joints 充填厚度/mm 压力/kN 破坏模式 充填厚度/mm 压力/kN 破坏模式 0 1 轻微磨损 5 1 接触面破坏 0 10 磨损 5 10 夹层破坏 0 20 磨损加剧 5 20 夹层破坏 0 40 大量齿磨平 5 40 夹层破坏 1 1 夹层破坏 0 1 接触面破坏 10 夹层粉碎 10 10 接触面破坏 1 20 夹层粉碎 10 20 接触面破坏 40 夹层粉碎 10 40 夹层破坏 注：破坏模式指试验结束后打开节理观察到的充填层破坏程度 图8不同条件下试件充填夹层破坏情况.(a)充填厚度10mm,法向压力1kN:(b)充填厚度1mm,法向压力1kN:(c)充填厚度10mm, 法向压力40kN Fig.8 Specimens after the shear tests with different conditions:(a)filling thickness of 10mm,normal force of I kN:(b)filling thickness of 1 mm normal force of I kN:(c)filling thickness of 10 mm,normal force of 40 kN 匀，导致整个剪切面中，实际受剪破坏面并不是整个 分破坏，5mm厚节理的充填层被剪断：但当所施加 剪切面而是集中于某区域内，如图8所示白色摩擦 压力为40kN时，两种厚度充填层均被剪断，所得充 面.对于充填材料，由于受力的非均匀性导致充填 填节理破坏所需剪力大小相差不大.根据充填层破 厚度的影响较理论值偏大，同时充填层尺寸效应对 坏状态与所测最大剪力，可绘出5mm和10mm厚充 材料强度参数的影响也很大，因此第1节的理论结 填节理理论破坏曲线，所得曲线趋势与第1节的理 果不能精确地预测试验结果，只能定性地说明曲线 论结果基本吻合 的变化趋势. 3结论 当所施加压力为1kN时，根据各充填层的破坏 模式可以看出，充填厚度为1mm时，夹层强度极低， (1)充填节理的抗剪强度大小主要取决于其破 可忽略不计，充填节理抗剪强度由充填物与节理面 坏模式。本文据此提出接触面破坏模型与充填层破 共同控制.随着压力的增大，充填物越来越破碎，其 坏模型共同作用的复合模型.并从理论上探讨了当 中砾石滚动使得节理抗剪强度明显降低 充填层破坏时，其充填厚度对整个节理抗剪强度的 当充填厚度为5和10mm时，充填层随着厚度 影响.当充填厚度为h,长度为l时，随着所施加正 的增大越不易破坏，所需剪力也随着充填厚度的增 应力的增加，充填层破坏所需的剪应力先增大后减 加而增加；但随着压力的增加，充填层破坏模式基本 小.当正应力一定时，剪应力随着h/1值的增加逐 相同，充填厚度对其抗剪强度影响减小.从图9可 渐增大，并且h/儿的值越小，剪应力变化越不明显. 以看出：当压力为10kN和20kN时，很明显10mm (2)对砂浆材料充填人造自然节理的抗剪强度 厚节理所需剪力大于5mm厚节理，试验后观察试件 进行试验研究.结果表明，这种相对高强度脆性充 发现，l0mm厚节理基本都是充填层与节理接触部 填材料，随着充填厚度的增加，其破坏时所需剪力增北 京 科 技 大 学 学 报 第 34 卷 表 1 充填节理直剪试验结果 Table 1 Experimental results of failure modes of infilled rock joints 充填厚度/mm 压力/kN 破坏模式 0 1 轻微磨损 0 10 磨损 0 20 磨损加剧 0 40 大量齿磨平 1 1 夹层破坏 1 10 夹层粉碎 1 20 夹层粉碎 1 40 夹层粉碎 充填厚度/mm 压力/kN 破坏模式 5 1 接触面破坏 5 10 夹层破坏 5 20 夹层破坏 5 40 夹层破坏 10 1 接触面破坏 10 10 接触面破坏 10 20 接触面破坏 10 40 夹层破坏 注: 破坏模式指试验结束后打开节理观察到的充填层破坏程度． 图 8 不同条件下试件充填夹层破坏情况． ( a) 充填厚度 10 mm，法向压力 1 kN; ( b) 充填厚度 1 mm，法向压力 1 kN; ( c) 充填厚度 10 mm， 法向压力 40 kN Fig． 8 Specimens after the shear tests with different conditions: ( a) filling thickness of 10 mm，normal force of 1 kN; ( b) filling thickness of 1 mm， normal force of 1 kN; ( c) filling thickness of 10 mm，normal force of 40 kN 匀，导致整个剪切面中，实际受剪破坏面并不是整个 剪切面而是集中于某区域内，如图 8 所示白色摩擦 面． 对于充填材料，由于受力的非均匀性导致充填 厚度的影响较理论值偏大，同时充填层尺寸效应对 材料强度参数的影响也很大，因此第 1 节的理论结 果不能精确地预测试验结果，只能定性地说明曲线 的变化趋势． 当所施加压力为 1 kN 时，根据各充填层的破坏 模式可以看出，充填厚度为 1 mm 时，夹层强度极低， 可忽略不计，充填节理抗剪强度由充填物与节理面 共同控制． 随着压力的增大，充填物越来越破碎，其 中砾石滚动使得节理抗剪强度明显降低． 当充填厚度为 5 和 10 mm 时，充填层随着厚度 的增大越不易破坏，所需剪力也随着充填厚度的增 加而增加; 但随着压力的增加，充填层破坏模式基本 相同，充填厚度对其抗剪强度影响减小． 从图 9 可 以看出: 当压力为 10 kN 和 20 kN 时，很明显 10 mm 厚节理所需剪力大于 5 mm 厚节理，试验后观察试件 发现，10 mm 厚节理基本都是充填层与节理接触部 分破坏，5 mm 厚节理的充填层被剪断; 但当所施加 压力为 40 kN 时，两种厚度充填层均被剪断，所得充 填节理破坏所需剪力大小相差不大． 根据充填层破 坏状态与所测最大剪力，可绘出 5 mm 和 10 mm 厚充 填节理理论破坏曲线，所得曲线趋势与第 1 节的理 论结果基本吻合． 3 结论 ( 1) 充填节理的抗剪强度大小主要取决于其破 坏模式． 本文据此提出接触面破坏模型与充填层破 坏模型共同作用的复合模型． 并从理论上探讨了当 充填层破坏时，其充填厚度对整个节理抗剪强度的 影响． 当充填厚度为 h，长度为 l 时，随着所施加正 应力的增加，充填层破坏所需的剪应力先增大后减 小． 当正应力一定时，剪应力随着 h /l 值的增加逐 渐增大，并且 h /l 的值越小，剪应力变化越不明显． ( 2) 对砂浆材料充填人造自然节理的抗剪强度 进行试验研究． 结果表明，这种相对高强度脆性充 填材料，随着充填厚度的增加，其破坏时所需剪力增 ·258·